KR20090100413A

KR20090100413A - 수성 용액 조성물

Info

Publication number: KR20090100413A
Application number: KR1020097014874A
Authority: KR
Inventors: 노부유키 고바야시; 신야 쓰치다; 다카노리 산난
Original assignee: 다이니치 세이카 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-09-23
Also published as: EP2105459A1; US9359718B2; JP5035727B2; CN101595174A; CN101595174B; US20100062262A1; KR101177607B1; EP2105459A4; JP2008195922A; WO2008087845A1; EP2105459B1; TW200902624A; TWI421295B

Abstract

본 발명은, 탈아세틸화 키틴 및/또는 탈아세틸화 키틴 유도체와 글리옥실산을 필수 성분으로서 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물, 상기 조성물로부터 생성되는 함용액 겔, 수불용성 키토산 피막, 및 상기 조성물로 기재를 처리하여 이루어지는 물품이다. 상기 본 발명에 의하면, '1액'에서의 포트 라이프가 있고, 또한 기재에 도포·함침한 후에 상온 건조에서도 키토산 피막을 수불용화를 할 수 있고, 또한 키토산 피막의 황변이 적은 키토산 조성물을 제공할 수 있다.

Description

수성 용액 조성물{AQUEOUS SOLUTION COMPOSITION}

본 발명은, 탈아세틸화 키틴 및/또는 탈아세틸화 키틴 유도체(이하 양자를 '키토산'이라 하고, 이 '키토산'은 키토산의 유도체도 포함한다)를 포함한 수성 용액 조성물(이하 간단히 '조성물'이라 하는 경우가 있다)에 관한 것이며, 더 상세하게는 키토산과 글리옥실산을 필수 성분으로서 함유하는 조성물, 상기 조성물로부터 생성되는 함용액 겔, 수불용성 키토산 피막, 및 상기 조성물로 기재를 처리하여 이루어진 물품에 관한 것이다.

키틴, 키토산이 천연유래의 기능성 다당으로서 주목받고, 다양한 분야에서 이용되고 있다. 키틴, 키토산은 관용명이며, 양자를 명확하게 구별하는 공식적으로 통일된 정의는 없다. 따라서 본 발명에서는 N-아세틸글루코사민만으로 이루어진 다당을 키틴이라 부르고, N-아세틸글루코사민과 글루코사민이 공존 혹은 글루코사민만으로 이루어진 다당 또는 그 유도체를 본 발명에서는 키토산이라 부르기로 한다. 키토산은 천연으로 존재하는 것이 알려져 있으며, 게다가 공업 생산되고 있는 얼마 안되는 아미노 다당으로, 그 아미노기에 유래하는 기능, 예를 들면, 산성 물질의 흡착능, 그 결과 발생하는 카티온성이 다방면에서 이용되고 있다. 구체적으로는 키토산과 섬유를 다양한 방법으로 복합한 것이, 항균 방취 섬유로서 판매되고 있다.

섬유와 키토산을 복합하는 방법으로서 가장 간편한 방법의 하나가, 키토산의 희산수용액을 섬유 혹은 섬유 제품에 도포·함침 및 건조하는 방법이다. 이러한 방법에 의한 처리에 의해서 섬유 제품에 항균 방취 기능을 부여할 수 있다. 그러나, 이 처리로는 섬유에 부여된 키토산이 수불용화되어 있지 않기 때문에, 세탁에 의해서 섬유로부터 키토산이 쉽게 유실되어 버려, 이른바 키토산 처리 섬유의 세탁 견뢰도를 확보할 수 없다. 이 키토산의 세탁 견뢰도 확보뿐만 아니라, 키토산을 활용하는 데에, 키토산을 임의로 수불용화하는 것이 중요한 키 테크놀로지가 된다. 이 때문에, 키토산을 수불용화하기 위한 다양한 방법이 시도되고 있다.

예를 들면, 키토산을 산성 수용액에 가하여 키토산을 산과의 염(키토산염)으로서 용해한 수용액을, 적당한 기재에 도포·함침·건조한 후, 가성 소다나 중조 등의 알칼리성 수용액으로 상기 산을 중화하여, 수불용성의 키토산을 유리시키거나 기재에 도포·함침된 키토산염을 알긴산이나 카르복시메틸셀룰로오스 등의 애니온성 폴리머 용액으로 처리하고, 키토산과 상기 음이온성 폴리머와의 폴리이온 콤플렉스를 형성하여, 키토산을 수불용화하는 것이 시도되고 있다. 이들 방법으로도 키토산염을 수불용화하는 것은 가능하지만, 얻어지는 키토산으로 이루어진 피막은, 강도가 충분하지 않으므로, 1액처리 뿐만 아니라 2액처리가 되기 때문에, 상기 처리 공정이 길어지고, 처리 비용 면에서도 불리하다. 또한, 가교제를 이용하는 키토산의 수불용화에 대해서도 다양한 방법이 시도되고 있다.

한편, 본 발명에서 '1액'이란 1종만의 키토산 용액으로 피막을 형성하는 것을 의미하고, '2액'이란, 키토산 피막을 형성할 때에, 키토산 용액과 키토산을 수 불용화하는 다른 용액(상기의 알칼리 용액, 애니온성 폴리머 용액, 가교제 용액 등)을 사용하여 피막을 형성하는 것을 의미한다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 아미노기를 가진 키토산을, 글리시딜에테르기를 가진 폴리에틸렌글리콜 유도체로 가교시켜 수불용화하는 기술이 개시되고, 특허문헌 2에는 수용성 키토산을, 분자 말단에 카르바모일술포네이트기를 가진 수용성 우레탄프레폴리머로 가교시켜 수불용화하는 기술이 기재되어 있지만, 모두 피막 형성시에 150℃ 정도의 열처리가 필요하고, 상기 기술은, 감열지의 처리와 같이, 고온 처리를 할 수 없는 용도로는 이용할 수 없다.

또한, 키토산염 용액에 글리옥살이나 글루타르알데히드 등의 디알데히드 화합물을 혼합한 혼합 용액은, 기재에 도포·함침 후에 가열 건조는 물론, 상온 건조에 두어도 수불용성 피막을 얻을 수 있다. 그러나, 상기 혼합 용액은 '1액'이지만, 이 '1액'용액은 포트 라이프(pot life, 내용수명)가 짧기 때문에, 사용에 제한을 받는다. 그리고 무엇보다, 이들 디알데히드를 사용한 가교 키토산 피막은, 시간이 흐름에 따라 강하게 황변하는 것을 피할 수 없고, 황변이 적은 가교 키토산 피막을 형성할 수 있는 '1액' 타입의 키토산 용액의 개발이 요망되고 있다.

'1액'에서의 포트 라이프 성능을 개선한 키토산 용액으로서, 상기 용액으로부터 얻어지는 키토산 피막을 수불용화하는 방법의 하나로서 본 발명자들은 키토산과 다염기산의 수용액이, '1액'으로서 상온에서 장기에 걸쳐 안정적이고, 또한 일단 이것을 기재에 도포·함침·건조한 후, 150℃ 이상에서 가열 처리하면 키토산 피막이 수불용성이 되는 것을 개시하고 있다(특허문헌 3). 이 방법은, 가열처리에 의해서 뛰어난 내수성을 가진 키토산 피막을 얻을 수 있지만, 상기 방법으로는, 상온(저온) 건조에서는, 내수성이 뛰어난 키토산 피막을 얻을 수 없다.

이상과 같이, '1액'에서의 포트 라이프가 있고, 또한 기재에 도포·함침한 후에 상온 건조로도 키토산 피막을 수불용화를 할 수 있고, 또한 키토산 피막의 황변이 적은 키토산 조성물의 개발이 요망되고 있었다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평성11-247067호

특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 평성4-253705호

특허문헌 3 : 일본 공개특허공보2003- 206409호

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명은, 상기의 문제점에 비추어 이루어진 발명으로서, 본 발명의 목적은, '1액'에서의 포트 라이프가 있고, 또한 기재에 도포·함침한 후에 상온 건조로도 키토산 피막을 수불용화를 할 수 있으며, 또한 키토산 피막의 황변이 적은 키토산 조성물, 상기 조성물로부터 생성되는 함용액 겔, 수불용성 키토산 피막, 및 상기 조성물로 처리하여 이루어지는 물품을 제공하는 것에 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명자들은, 상술한 목적을 달성하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 키토산과 글리옥실산을 필수 성분으로서 함유하는 조성물이, '1액'으로서 포트 라이프가 뛰어나고, 일단 이것을 기재에 도포·함침한 후, 고온 건조를 필요로 하지 않고, 상온 건조로도 수불용화된 키토산 피막의 형성이 가능한 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명은, 키토산과 글리옥실산을 필수 성분으로서 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물을 제공한다.

상기 조성물에서는, 키토산의 함유량이 30질량%이하인 것; 글리옥실산의 함유량이, 키토산의 0.1∼3배 질량인 것; 키토산이, 분자내에 적어도 1개의 1급 아미노기를 가진 것; 글리옥실산 이외에 적어도 1종의 산성 성분을 포함하는 것; 산성 성분이, 키토산의 용해능을 가진 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 상기 본 발명의 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 함용액겔; 상기 본 발명의 조성물을 건조하여 얻어진 것을 특징으로 하는 수불용성 키토산 피막; 상기 본 발명의 조성물로 기재를 처리하고, 키토산을 수불용화하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합체를 제공한다.

상기 기재는, 예를 들면, 판 형상, 박 형상, 스펀지 형상, 섬유 형상 혹은 입체 성형물이며, 그들 재질은, 금속, 유리, 세라믹스, 콘크리트, 종이, 수지, 목재, 유기 고분자 혹은 무기 고분자일 수 있다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, '1액'으로서 포트 라이프가 뛰어나고, 일단 이것을 기재에 도포·함침한 후, 고온 건조를 필요로 하지 않으며, 상온 건조로도 수불용화된 키토산 피막의 형성이 가능한 조성물, 상기 조성물로부터 생성되는 함용액겔, 수불용성 키토산 피막, 및 상기 조성물로 기재를 처리하여 이루어지는 물품을 제공할 수 있다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

다음에 바람직한 실시형태를 들어 본 발명을 더 상세하게 설명한다. 본 발명자들은, 종래의 검토를 더 진행한 결과, 종래의 고온 가열에 의한 키토산 피막의 불용화 기술에서는 할 수 없었던, 새로운 키토산 피막의 수불용화 기술을 개발하였다.

본 발명의 조성물은, 상기 용액을 기재에 도포·함침한 후, 가열하지 않고, 수불용성의 키토산 피막을 형성할 수 있으며, 동시에 키토산 피막의 착색을 억제할 수 있다. 본 발명의 조성물은, 키토산과 글리옥실산을 필수 성분으로 하여 수성 매체('수성 매체'란, 물을 주된 용매로 하고, 유기용매를 더 함유해도 되는 것을 의미하고 있다)에 용해한 것이다.

본 발명에 사용하는 탈아세틸화 키틴(키토산)이란, N-아세틸글루코사민과 글루코사민이 공존 혹은 글루코사민만으로 이루어진 다당이다. 또한, 상기 키토산을 원료로서 화학 수식된 키토산 유도체도 포함한다. 이들 각 키토산은 단독 또는 혼합물로서 사용된다.

키토산은, 일반적으로 산성 수용액에 녹지만, 물에는 용해하지 않는다. 키틴은 균류의 세포벽의 구성요소로서 존재하는 것이 알려져 있는 천연 기능성 고분자이다. 공업적으로는 게나 새우 등의 갑각류의 외피 등으로부터, 염산 처리에 의해 칼슘 등으로 이루어진 회분을, 알칼리 처리에 의해 단백질을 제거하고 키틴을 얻을 수 있고, 키틴을 더 탈아세틸화하는 것에 의해서 키토산은 제조되고 있다. 모두 키토산을 용해하는 공정이 없는 불균일한 반응에 의한 제조 방법이다.

키틴이, N-아세틸-D-글루코사민을 주구성 단위로 하고 있는데 대하여, 키토산은, D-글루코사민을 주구성 단위로 하고, N-아세틸-D-글루코사민 단위도 어느 정도는 함유되어 있는 경우가 대부분으로, 본 발명에서는, 그들 비율은 한정되지 않고, 어느 키토산이어도 좋다.

상기 키토산은, 그 자체는 이미 공업적으로 생산되고 있으며, 다양한 그레이드인 것을 시장으로부터 입수할 수 있다. 이들 공지의 키토산은 모두 본 발명에서 사용할 수 있으며, 키토산의 탈아세틸화도나 중합도에 특별한 제한은 없고, 용도에 따라 최적인 것을 적절히 선택하면 좋다.

키토산의 탈아세틸화도에 대하여 설명하면, 탈아세틸화도가 25몰%이상의 키토산이 본 발명에서는 바람직하고, 보다 바람직하게는 키토산 유도체의 합성의 용이성을 생각하면, 탈아세틸화도가 40∼100몰%의 키토산이 바람직하다. 키토산의 탈아세틸화도는 종래부터 공지인 콜로이드 적정으로 측정된다.

(탈아세틸화도 측정 방법)

키토산의 탈아세틸화도는, 콜로이드 적정에 의해 측정된 적정량으로부터 산출할 수 있다. 구체적으로는, 지시약에 톨루이딘 블루 용액을 이용하여 폴리비닐 황산 칼륨 수용액으로 콜로이드 적정함으로써, 키토산 분자에서의 유리 아미노기를 정량하고, 키토산의 탈아세틸화도를 구한다. 이하, 본 발명에서의 시료 조제 및 적정 시험은 약 20℃의 실온에서 행하였다.

(탈아세틸화도 측정에서의 시료 조제와 적정 시험)

0.5질량%의 초산 수용액에 소정량의 키토산을 첨가하고, 키토산 순분(純分) 농도가 0.5질량%가 되는 조제액을 정확하게 100g으로 하여, 교반 용해한다. 다음에 이 조제액 10g와 이온 교환수 90g를 정확하게 재고, 교반 혼합하여, 0.05질량%의 키토산 용액을 조제한다. 또한 이 0.05질량% 키토산 용액으로부터 10g를 정확하게 재어, 거기에 이온 교환수 50ml, 톨루이딘 블루 용액 약 0.2ml를 첨가하여, 폴리비닐 황산 칼륨 용액(N/400PVSK)으로 유리 아미노기를 적정(滴定)한다. 적정 속도를 2ml/분∼5ml/분으로 하고, 측정 용액이 파란색으로부터 적자색으로 변색한 후, 30초간 이상 유지하는 점을 종점의 적정량으로 한다.

(공시험)

상기 적정 시험에 사용한 조제액 대신에, 이온 교환수를 사용하여, 동일한 적정 시험을 실시한다.

(계산방법)

X=1/400×161×f×(V-B)/1000=0.4025×f×(V-B)/1000

Y=0.5/100-X

X:키토산중의 유리 아미노기 질량(글루코사민잔기 질량에 상당)

Y:키토산중의 결합 아미노기 질량(N-아세틸글루코사민잔기 질량에 상당)

f: N/400PVSK의 힘값

V:시료의 적정량(ml)

B:공시험 적정량(ml)

탈아세틸화도(몰%)=(유리 아미노기)/{(유리 아미노기)+(결합 아미노기)}×100=(X/161)/(X/161+Y/203)×100

한편, 161은 글루코사민잔기의 당량 분자량, 203은 N-아세틸글루코사민잔기의 당량 분자량이다.

또한, 특히 저탈아세틸화도의 키토산의 탈아세틸화도의 측정에는, 이하의 방법이 유효하다. 예를 들면, 키토산을 p-톨루엔술폰산으로 가수분해하여, 유리하는 초산을 옥소에 흡수시키고, 잔존하는 옥소를 티오황산나트륨으로 적정하는 것에 의해서 초산의 몰수(m)를 구한다. 이 (m)은 동시에 키토산속의 N-아세틸글루코사민 단위의 몰수이다. 키토산속의 글루코사민 단위의 몰수를 (n)으로 하면, 이하와 같다.

n=(키토산 질량-203m)/161

탈아세틸화도(몰%)=n/(m+n)×100

상기 분석은 기본적으로 EKEK와 HARTE의 방법(Ind.Eng.Chem.,Anal.Ed.8(4) 267(1936))으로 행하지만, 키토산은 흡습성이 높기 때문에, 정밀하게 재는 것이 어렵다. 따라서, 이하의 고안을 병용하여 분석을 행한다.

키토산을 진공 건조기속에서, 감압하에서, 60℃에서 24시간 예비 건조시켜 둔다. 별도로 파이렉스(등록상표) 유리관의 일단(一端)을 용융하여 닫은 후, 팽창시켜 부침자를 제작한다. 그 크기는 이후의 분석에 사용하는 유리 용기에 삽입할 수 있는 크기로 한다. 이 부침자가 개방되어 있는 일단을 밀폐할 수 있는 폴리프로필렌제(이후의 분석에 장해를 일으키는 물질을 포함하지 않는 것을 확인한다.)의 덮개를 준비한다. 이 부침자 및 덮개를 진공 건조기속에서, 감압하에, 60℃에서 24시간 예비 건조 및 건조제가 들어간 데시케이터를 사용하여 통상의 방법으로 항량하고, 질량(A질량부)을 측정해 둔다. 다음에 이 부침자속에 키토산을 넣고, 폴리프로필렌제 덮개와 함께, 부침자가 개방되어 있는 일단을 개방한 채로 상향으로 수직으로 세우고, 진공 건조기속에서, 감압하에서, 60℃에서 24시간 건조한 후, 조용하게 감압을 해제하고, 상압하에서 105℃에서 2시간 건조한다. 그 후 건조기를 열어, 건조기속에서 신속하게 부침자의 개방구를 폴리프로필렌제 덮개로 막아, 데시케이터속에서 방랭하여 질량(B질량부)을 측정한다.

다음에 부침자의 덮개를 떼어내고, EKEK와 HARTE법의 가수분해를 위한 유리 플라스크에 넣는다. 그 후 유리 플라스크의 상부로부터 유리봉을 넣고, 플라스크속의 부침자가 팽창한 부분을 벌린 후, 유리봉을 플라스크속에서 소량의 증류수로 세정한 후, 뽑아내어, 적하 로트, 콘덴서, 받음용기, 감압 라인, 키토산 이외의 시약을 EKEK와 HARTE 법과 같이 세트한다. 만일을 위해, 가수분해 시간은 5시간으로 하고, 그 후에는 생성된 초산의 옥소액에의 흡수, 옥소액의 티오황산나트륨 적정을 행하고, 적정량으로부터 초산의 몰수(m)를 구하여, 이것과 넣은 키토산 질량(B-A)을 사용하여 상기 식에 의해 탈아세틸화도를 산출한다.

또한, 본 발명에서는, 키토산으로서 키토산을 1질량% 함유하는 초산 수용액의 점도가 1mPa·s∼10,000mPa·s가 되는 키토산을 사용하는 것이 바람직하다. 점도 측정에서 상세하게는, 키토산의 순분 농도가 1질량%가 되도록 조제한 초산 수용액을 항온조에서 20℃로 유지하면서 B형 회전 점토계를 사용하여, 30rpm 조건으로 측정이 가능한 로터 선정에 의해 점도 측정을 행하였다. 순분이란, 키토산 시료에서의 고형분 환산을 의미하고, 구체적으로는, 키토산 시료를 105℃, 2시간 건조하여 구해지는 고형분 질량이다.

상기 점도가 1mPa·s 미만이면, 수불용화한 후에 키토산 피막의 유효한 성질을 얻을 수 없고, 한편, 상기 점도가, 10,000mPa·s를 넘는 키토산에서는, 점도가 너무 높아서, 키토산 용액의 취급과 수불용화 처리가 비효율이 된다. 즉, 본 발명에서 이용하는 키토산은, 키토산의 유용한 특성과 반응성을 효과적으로 얻는 점에서, 탈아세틸화도가 40몰%∼100몰%이며, 또한 키토산을 1질량% 함유하는 키토산 수용액의 점도가, 2mPa·S∼1,000mPa·s가 되는 키토산이 보다 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 키토산 유도체란, 상기 키토산을 원료로 하고, 종래 공지의 방법으로 키토산을 화학 수식하여 얻어지는 유도체이다. 키토산 유도체로서는, 예를 들면, 키토산의 알킬화물, 알릴화물, 아실화물, 황산화물, 인산화물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 출발 물질인 키토산의 수산기 및/또는 아미노기에, 메틸기, 에틸기 등의 알킬기, 히드록시에틸기, 히드록시프로필기, 히드록시부틸기, 디히드록시프로필기 등의 히드록시알킬기, 카르복시메틸기, 카르복시에틸기 등의 카르복시알킬기, 석시닐기, 이타코노일기, 마레오일기, 글루타로일기, 프탈로일기 등의 카르복시아실기, 글리코로일기, 락토일기 등의 히드록시아실기, 티오글리코로일기 등의 티오아실기, 황산기, 인산기를 단독 혹은 2종 이상을 조합하여 도입한 유도체 및 그들 염을 들 수 있다.

또한, 키토산의 수산기 및/또는 아미노기에, 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴아미드, 아크릴산에스테르, 아크릴로니트릴 등의 비닐 화합물을 부가시켜 얻어지는 화합물, 포름알데히드, 아세트알데히드, 글리옥실산 및 락토스, 덱스트란, D-글루코오스, D-글루코사민, 셀로비오스 등의 환원당을 함유한 알데히드 화합물을 키토산의 수산기 및/또는 아미노기와 반응시켜 쉬프염기를 형성한 후, 시아노수소화붕소나트륨 등으로 환원하여 얻어지는 화합물을 들 수 있다.

또한, 키토산의 수산기 및/또는 아미노기에, 시안산, 티오시안산을 반응시켜 얻어지는 요소화물, 티오요소화물 및 디알릴디메틸암모늄하라이드나 2-클로로에틸디에틸아민 혹은 그 염산염, 3-클로로-2-히드록시프로필디에틸아민, 2,3-에폭시프로필디메틸아민, 3-클로로-2-히드록시프로필트리메틸암모늄클로라이드, 혹은 2,3-에폭시프로필트리메틸암모늄클로라이드를 반응시켜 얻어지는 화합물을 들 수 있다.

또한, 일반명을 예시하면, 메틸키토산, 에틸키토산, 히드록시에틸키토산, 히드록시프로필키토산, 히드록시부틸키토산, 히드록시프로필히드록시부틸키토산, 디히드록시프로필키토산, 2-히드록시프로필디에틸아민키토산, 2-히드록시프로필트리메틸암모늄클로라이드키토산, 카르복시메틸키토산, 카르복시에틸키토산, 카르복시부틸키토산, 석시닐카르복시메틸키토산, 석시닐키토산, 이타코노일키토산, 마레오일키토산, 아세틸티오석시노일키토산, 글루타로일키토산, 프탈로일키토산, 글리코로일키토산, 락토일키토산, 메틸글리코로일키토산, 티오글리코로일키토산, 시아노에틸키토산, 그들 염 및 그들 공중합체 등을 들 수 있다.

본 발명의 조성물에 있어서의 키토산의 농도는, 0.1질량% 이상인 것이 바람직하다. 키토산의 농도가 0.1질량% 미만이면 고체화 또는 수불용화한 후의 키토산 피막의 유효한 성질을 얻기 어렵다. 또한, 본 발명의 조성물의 용도의 하나로 기재에의 코팅인 점에서, 키토산 농도가 30질량% 이하인 것이 바람직하다. 이보다 높은 농도에서는, 조성물이 너무 고점도가 되기 때문에, 코팅 적성이 떨어진다.

본 발명의 조성물에 함유되는 글리옥실산은, 지금까지 공지인 가교제, 예를 들면, 글리옥살, 글루타르알데히드 등의 다가 알데히드에 비해, 글리옥실산에 의해서 불용화된 키토산 피막의 황변이 적다.

또한, 키토산의 수불용화에는, 키토산속의 1급 아미노기가 강하게 관여하기 때문에, 본 발명에서 사용하는 키토산에는, 적어도 1분자중에 1개 이상의 1급 아미노기가 존재하는 것이 바람직하다.

본 발명의 조성물에 이용하는 용매로서는, 물 및/또는 수용성 유기용매가 사용되고, 그 종류나 질량비는, 얻어지는 조성물의 사용 목적에 따라 조정된다. 예를 들면, 조성물에 포함되어 있는 성분의 친수성·소수성, 조성물의 조정, 키토산의 수불용화에서의 건조 처리 환경, 기재의 내수성, 조성물의 보관·이송·안전면 등을 고려하여, 물과 유기용매의 혼합비를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 물과 유기용매의 혼합물을 사용하는 경우에는, 특히 알코올을 사용할 때에는, 안전성 면으로부터 조성물속에 함유되는 물의 함유율을 40질량%이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 조성물에서의 글리옥실산의 함유량은, 상기 키토산의 0.1∼3배 질량인 것이 바람직하고, 동시에, 본 발명의 조성물은, 글리옥실산 이외의 산성 성분, 알칼리 성분, 혹은 염 등을 pH조정, 용액 점도 조정 등의 목적으로 포함할 수도 있다. 이들 다른 성분의 첨가량은 특별히 제한은 없고, 예를 들면, 글리옥실산의 0.01∼20배 질량의 범위내에서 사용하는 것이, 조성물의 안정성을 유지하는 데에 바람직하다.

또한, 키토산의 수성 매체에 대한 용해성을 증가시키기 위해서, 키토산의 용해시에 수성 매체를 가온 혹은 냉각해도 좋다. 또한, 본 발명의 조성물은, 본 발명의 목적인 처리 기재의 착색을 억제하기 위해서는, 최종적으로 그 pH를 2이상으로 조정하는 것이 바람직하다. pH가 2미만이면 조성물 그 자체, 혹은 상기 조성물로 처리된 기재(복합재료)에서 시간 경과에 따라 착색이 관측되는 경우가 있다.

상기 글리옥실산 이외에 사용할 수 있는 산성 성분으로서는, 수성 매체속에 용해성의 유기산이나 무기산을 사용할 수 있고, 예를 들면, 개미산, 초산, 프로피온산, 낙산, 타우린, 피롤리돈카르본산, 구연산, 사과산, 유산, 히드록시마론산, 마론산, 호박산, 아디핀산, 안식향산, 살리실산, 아미노안식향산, 프탈산, 계피산, 트리클로로초산, 비타민 C 등의 유기산, 염산, 인산, 질산, 황산 등의 무기산을 들 수 있고, 이들로부터 적어도 1종의 산이면 좋다.

또한, 본 발명의 조성물의 pH조정 등에 사용하는 알칼리 물질로서는, 종래 공지의 알칼리 금속의 수산화물, 또는 탄산염, 암모니아, 아민이며, 예를 들면, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 탄산칼륨, 암모니아, 몰포린, N-메틸몰포린, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로판올아민, 디프로판올아민, 트리프로판올아민, N-메틸에탄올아민, N,N-디메틸에탄올아민, N-에틸에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, N-에틸디에탄올아민, N-메틸프로판올아민, N,N-디메틸프로판올아민, 아미노메틸프로판올 등을 들 수 있고, 이들로부터 적어도 1종이 사용된다.

또한, 본 발명의 조성물에 첨가하는 염로서는, 용매에 가용의 염, 예를 들면, 알칼리금속염, 알칼리토류금속염, 무기암모늄염 등의 무기염류, 예를들면, 술포늄염, 옥소늄염, 유기암모늄염 등의 유기염류를 들 수 있다. 이들 대표적인 예로서는, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬, 탄산마그네슘, 탄산수소나트륨, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화리튬, 염화마그네슘, 염화암모늄, 황산나트륨, 인산이수소나트륨, 인산이수소칼륨, 취화나트륨, 취화칼륨, 옥화나트륨, 옥화칼륨, 옥화테트라부틸암모늄, 테트라부틸암모늄히드록시드, 나트륨메톡시드, 칼륨메톡시드, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 질산나트륨, 질산칼륨, 주석산나트륨, 유산나트륨, 초산나트륨, 메탄술폰산나트륨, 구연산나트륨, 붕사 등을 들 수 있고, 배합량(농도)도 특별히 제한은 없고 적절한 상태를 부여할 수 있도록 첨가하면 좋다.

본 발명의 조성물에 사용하는 수성 매체로서는, 통상 물 또는 물과 수용성 유기용매의 혼합 용매이며, 물로서는, 예를 들면, 증류수, 이온 교환수, 수돗물 등을 선택할 수 있다. 또한, 유기용매로서는, 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤류, 메탄올, 에틸알코올, 이소프로필알코올 등의 알코올 종류, N-메틸피롤리돈, 디메틸술폭시드, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 헥사메틸포스포아미드, 할로겐화탄화수소 등의 수용성 유기용매를 들 수 있다.

본 발명의 조성물을 이용하는 수불용성 키토산 피막 형성 방법에서는, 도포·함침물을 고온 가열하는 것은 필요 없고, 저온으로부터 상온에서 키토산의 수불용화가 진행하여, 조성물을 기재의 표면 및/또는 내부에 부여한 후, 필요에 따라 상기 조성물중에 존재하고 있는 용매를 제거함으로써, 키토산을 고체화 및 수불용화시켜, 수불용화 키토산으로 피복되고, 또는 수불용화 키토산을 포함한 처리기재(복합체)로 할 수 있다. 한편, 상기 수불용화시에는 물론 필요에 따라 가열해도 좋다.

상기 키토산의 고체화 또는 수불용화에 관한 기구는 분명하지 않지만, 필시 본 발명의 조성물에 함유되어 있는 키토산의 아미노기와 글리옥실산의 반응성이 높은 알데히드기와의 반응으로 수불용화가 달성된다고 생각된다.

상기 키토산의 수불용화는, 본 발명의 조성물에 포함되어 있는 성분, 혹은 기재의 열감수성에 따라, 불용화 조건(예를 들면, 온도나 시간)을 선택하면 좋다. 본 발명의 조성물을, 감열 인쇄 시트 등과 같이 열에 민감한 화합물을 포함한 기재에 응용하는 경우, 예를 들면, 50℃ 이하의 온도로 조성물을 도포·함침 및 건조하면 좋다. 도포·함침물로부터 용매를 더 제거하는 경우는, 저온 또는 감압 건조 등의 방법을 사용할 수도 있다.한편, 100℃ 이상의 내열성을 가진 기재를 본 발명의 조성물로 처리하는 경우에는, 100℃ 이상의 온도로 건조해도 좋다. 본 발명의 특징인 처리기재의 황변 착색을, 보다 억제하기 위해서는, 상기 수불용화 처리를, 0℃∼50℃의 온도로 행하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 조성물의 고화물 또는 수불용화물로서의 특성 평가로서 항온 수조내 유지에 의해 상기 고체화물 또는 수불용화물의 내수성 평가, 및 포트 라이프 특성 평가를 행하고, 또한, 본 발명의 조성물에 향료를 첨가하여 조제한 함용액 겔에 관해서, 악취의 지속적인 경과 관찰에 의해, 함용액겔의 액의 서방성을 확인하였다.

본 발명의 조성물을, 저온으로부터 상온에서 고화 또는 수불용화함으로써, 본 발명의 조성물로 이루어지는 함용액겔, 및 상기 조성물을 기재의 표면 및/또는 내부에 부여한 후, 고화 또는 수불용화하여 얻어지는 기재(복합체)는, 키토산이 제1급, 제2급, 제3급의 모든 아미노기를 포함하거나, 또는 제4급 암모늄기, 카르복실기를 포함하기 때문에, 상기 복합체는, 키토산 본래의 항균성을 가지며, 잉크젯 기록지 등의 경우에는, 기록지속의 키토산과 잉크속의 염료와의 반응성이 좋고, 기록물의 내수성이 뛰어나다.

본 발명의 조성물의 상기 특징을 살리는 용도로서, 본 발명의 조성물로 처리되는 기재는, 예를 들면, 판 형상, 박 형상, 스펀지 형상, 섬유 형상 혹은 입체 성형물 등이고, 그들 재질로서는, 금속, 유리, 세라믹스, 콘크리트, 종이, 수지, 목재 등의 유기, 무기 고분자를 들 수 있다. 특히 본 발명의 조성물속의 키토산의 수불용화에는, 고온 처리를 필요로 하지 않고, 저온에서 이루어지며, 게다가 착색성이 낮기 때문에, 본 발명의 조성물은, 예를 들면, 종이나 필름 등의 인쇄 시트, 더 구체적으로는 잉크젯 기록지 등의 처리에 유용하다.

다음에, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 한편, 본 발명은 이들 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다. 문중의 '부' 및 '%'는, 특별히 부연하지 않는 한 질량 기준이다. 실시예로서 이용한 조성물의 조성을 표 1에 나타내고, 그들 작성 방법을 이하에 기술하였다.

<실시예 1>

키토산(중량 평균 분자량 8만, 탈아세틸화도 85%) 10부를 이온 교환수 80부에 분산한 후, 50% 글리옥실산수용액 10부를 첨가하여 실온에서 4시간 교반 용해하여, 본 발명의 조성물을 얻었다.

<실시예 2∼12>

키토산(A성분)의 종류, 분자량, 탈아세틸화도(DAC), 배합량, 및 글리옥실산 (B성분), 산성 성분(C성분), 물 이외의 용매(D성분)의 종류 및 배합량을 표 1에 나타낸 바와 같이 바꾼 조성물을, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 조제했다.

<비교예>

비교예로서 이용한 조성물의 조성을 표 1에 나타내고, 그들 작성 방법을 이하에 기술하였다.

<비교예 1>

키토산(중량 평균 분자량 8만, 탈아세틸화도 85%) 10부를 이온 교환수 85부에 분산한 후, 초산 5부를 첨가하여 실온에서 4시간 교반 용해하여, 비교예 1의 조성물을 얻었다

<비교예 2>

키토산(중량 평균 분자량 8만, 탈아세틸화도 85%) 10부를 이온 교환수 85부에 분산한 후, 유산 5부를 첨가하여 실온에서 4시간 교반 용해했다. 이어서 40% 글리옥살 수용액 5부를 교반 혼합하여, 비교예 2의 조성물을 얻었다.

<비교예 3>

키토산(중량 평균 분자량 8만, 탈아세틸화도 85%) 10부를 이온 교환수 85부에 분산한 후, 유산 5부를 첨가하여 실온에서 4시간 교반 용해했다. 이어서, 블록이소시아네이트(다이이치 공업 제약(주) 제품, 에라스트론 BAP) 60부를 교반 혼합하여, 비교예 3의 조성물을 얻었다.

[표 1-1]조성물

A성분:키토산류

DAC:탈아세틸화도

B성분:글리옥실산

50% GOW:50% 글리옥실산수용액

GOMH:글리옥실산모노하이드레이트

[표 1-2]조성물

C성분:산성 성분

D성분:물 이외의 용매

IPA:이소프로필알코올

NMP:N-메틸-2-피롤리돈

E성분:가교제

가교제A:40% 글리옥살 수용액

가교제B:에라스트론(다이이치 공업제약(주) 제품)

표 1에 나타내는 조성에 의해 조제한 조성물을 이용하여 하기의 피막 형성 방법에 의해 얻어진 피막의 내수성 평가 시험 및 포트 라이프 평가 시험을 행하였다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

<피막 형성 방법 및 내수성 평가방법>

실시예 1∼12 및 비교예 1∼3의, 조성물 5g를, 각각 직경 9cm의 유리 샤알레내에 유연한 것을 각 용액 2매씩 준비하였다. 1매는 120℃×1시간의 가열 건조로, 또 1매는 실온×1주간의 상온 건조로 피막을 작성했다. 피막 작성 후, 유리 샤알레에 40℃의 물 80ml를 따르고, 40℃의 항온조내에 정치했다. 8시간마다, 합계 2회, 40℃의 물을 바꾸어 24일시간후의 피막 상태를 관찰하고, 피막의 내수성을 평가했다. 한편, 평가는 하기의 기준에 따라서 행하였다.

<내수성 평가 기준>

◎:불용이고 팽윤도 적다.

○:불용이지만 팽윤하고 있다.

△:일부 용해하고 있거나 혹은 무너지고 있다.

×:전부 용해 혹은 대부분 용해하고 있다.

<포트 라이프 평가방법>

실시예 1∼12 및 비교예 1∼3의 조성물 30g를, 각각 50cc 샘플병에 넣고 마개를 막고, 25℃로 설정한 항온조내에서 표 2에 기재된 기간 방치하여, 용액 상태 변화를 관찰 평가했다. 한편, 평가는 하기의 기준에 따라서 행하였다.

<포트 라이프 평가 기준>

○:증점하지 않고 안정된 용액 상태를 유지하고 있다.

△:증점하여 유동성이 저하하고 있다.

×:겔화하여 유동성 없음.

[표 2] 피막 내수성 평가 및 포트 라이프 평가

표 2에 나타낸 내수성 평가 결과 및 포트 라이프 평가 결과로부터, 본 발명의 조성물로부터 얻어지는 피막은, 상온 건조에서도, 충분한 내수성을 가지고 있는 데 더하여, '1액'으로 1주간 이상의 포트 라이프를 가진 것을 알 수 있다. 실시예 1∼4는 키토산의 분자량을 바꾼 것이지만, 결과는 양호하였다. 실시예 5∼7은 용매를 함수알코올로 바꾼 것이지만, 충분한 내수성과 포트 라이프를 나타냈다. 실시예 8∼12는 키토산 유도체의 종류를 바꾼 것이지만, 모두 양호한 결과였다.

비교예 1은 가교제를 배합하고 있지 않은, 단순한 키토산 초산 수용액이지만, 상온 건조는 물론 가열 건조에서 형성한 피막도 내수성이 없이 용해해 버렸다. 비교예 2는 글리옥살을 가교제로 사용한 것이며, 피막 내수성은 상온 건조에서도 양호했지만, 포트 라이프가 극히 짧았다. 비교예 3은 블록이소시아네이트 화합물을 가교제로 사용한 것으로, 포트 라이프는 양호하지만, 가열 건조하지 않으면 피막내수성을 얻을 수 없었다.

<응용예 1>

실시예 1의 조성물 100g에 수용성 향료 0.1g를 첨가하여 30분 교반 혼합한 후, 마개 밀봉 가능한 용기로 바꾸어 60℃로 설정한 항온조에 정치했다. 24시간 후에 항온조로부터 꺼낸 바, 용액 전체가 한천 상태로 겔화한 함용액겔을 얻었다. 마개를 개봉하여 실내에 방치한 바, 얻어진 함용액겔의 향료 악취는 1개월 이상 경과해도 지속하고 있으며, 서방성의 겔상 담지체로서 유효하다.

<응용예 2>

0.1N 수산화나트륨 수용액으로 탈지 처리한 알루미늄판 표면에, 실시예 1의 조성물을 바코터(No.6)로 도포하고, 실온에서 1주간 방치하고 건조하여 처리판을 제작했다. 셀로테이프(등록상표) 박리에 의해 피막의 밀착성을 확인한 바, 피막의 박리는 보이지 않고, 피막과 기재의 밀착성은 양호하였다. 또한, 얻어진 처리판을 24시간 수중에 침지한 후에 관찰했지만, 피막의 탈락은 없고, 바람으로 건조하여 피막 중량을 측정하여, 수침지 전후의 피막 중량으로부터 피막 잔존율을 측정한 바, 피막 잔존율은 거의 100%이다.

<응용예 3>

실시예 1과 비교예 2의 조성물을, 각각 상질지에 바코터에 의해 고형분으로 5g/cm²의 비율로 도포하고, 50℃로 건조한 후, 피막의 착색을 촉진하기 위해서, 120℃의 송풍 건조기로 5시간 열세트를 행한 후, 피막의 착색 정도를 시각적으로 비교했다. 비교예 2의 조성물로부터 제작한 피막은 황갈색으로 황변하고 있던 것에 비해, 실시예 1의 조성물로부터 제작한 피막은 담황색과 착색이 적고, 글리옥살 가교의 피막에 비해, 황변 정도가 매우 억제되고 있었다.

본 발명에 의하면, '1액'으로서 포트 라이프가 뛰어나고, 일단 이것을 기재에 도포한 후, 고온 건조를 필요로 하지 않고, 상온 건조로도 수불용화된 키토산 피막의 형성이 가능한 조성물, 상기 조성물로부터 생성되는 함용액겔, 수불용성 키토산 피막, 및 상기 조성물로 기재를 처리하여 이루어지는 물품을 제공할 수 있다.

Claims

탈아세틸화 키틴 및 탈아세틸화 키틴 유도체들 중 적어도 하나와 글리옥실산을 필수 성분으로서 함유하는 것을 특징으로 하는 수성 용액 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기의 탈아세틸화 키틴 및 탈아세틸화 키틴 유도체들 중 적어도 하나의 함유량이, 30질량% 이하인 수성 용액 조성물.
제 1 항에 있어서, 글리옥실산의 함유량이, 상기의 탈아세틸화 키틴 및 탈아세틸화 키틴 유도체들 중 적어도 하나의 0.1∼3배 질량인 수성 용액 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기의 탈아세틸화 키틴 및 탈아세틸화 키틴 유도체들 각각이, 분자내에 적어도 1개의 1급 아미노기를 가진 수성 용액 조성물.
제 1 항에 있어서, 글리옥실산 이외에 적어도 1종의 산성 성분을 포함한 수성 용액 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기의 산성 성분이, 상기의 탈아세틸화 키틴 및 탈아세틸화 키틴 유도체들 중 적어도 하나에 대한 용해능을 가진 수성 용액 조성물.
제 1 항에 기재된 수성 용액 조성물로부터 형성된 것을 특징으로 하는 함용액 겔.
제 1 항에 기재된 수성 용액 조성물을 건조하여 얻어진 것을 특징으로 하는 수불용성 피막.
제 1 항에 기재된 수성 용액 조성물로 기재를 처리하고, 상기의 탈아세틸화 키틴 및 탈아세틸화 키틴 유도체들 중 적어도 하나를 수불용화하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합체.
제 9 항에 있어서, 상기의 기재가, 판 형상, 박 형상, 스펀지 형상, 섬유 형상 혹은 입체 성형물이며, 그들 재질이, 금속, 유리, 세라믹스, 콘크리트, 종이, 수지, 목재, 유기 고분자 혹은 무기 고분자인 복합체.