KR20100038777A - 항균성 고분자 - Google Patents

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KR20100038777A
KR20100038777A KR1020080097868A KR20080097868A KR20100038777A KR 20100038777 A KR20100038777 A KR 20100038777A KR 1020080097868 A KR1020080097868 A KR 1020080097868A KR 20080097868 A KR20080097868 A KR 20080097868A KR 20100038777 A KR20100038777 A KR 20100038777A
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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 가지는 갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자에 관한 것이다:
<화학식 1>
Figure 112008069773420-PAT00001
상기 식에서,
A+는
Figure 112008069773420-PAT00002
또는
Figure 112008069773420-PAT00003
이고; R1은 H 또는 OCH3이고; R 및 R'는 각각 독립적으로 C1-C10 알킬렌기, 지환족 또는 방향족 탄화수소기, 메틸렌옥시기, 알킬렌옥시기, 아릴렌옥시기, 알킬렌티오기, 아릴렌티오기, 알킬이미노기, 디알킬이미노기, 아릴이미노기 및 디아릴이미노기로 이루어진 군에서 선택되고; R"는 할로기, 시아노기, 티오시아네이트기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알킬시아노기, 아릴시아노기, 알킬티오기, 아릴티오기, 알킬아미노기, 디알킬아미노기, 아릴아미노기, 디아릴아미노기, 및 적어도 하나의 이중 결합 또는 삼중 결합을 구비하는 C2-C30의 지방족 또 는 방향족 탄화수소 화합물로 이루어진 군에서 선택되고; n은 1 내지 10,000의 정수이다.
갈륨(Ga), 항균성 고분자, 항균성 고분자 조성물, 항균성 고분자막, 대장균(E. coli)

Description

항균성 고분자{ANTIBACTERIAL POLYMER}
본 발명은 항균성 고분자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 인체에 무해할 뿐만 아니라, 항균성을 유지할 수 있는 항균성 고분자에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 향상된 항균 활성을 지니는 항균성 고분자 조성물 및 이를 이용한 항균성 고분자막의 형성 방법에 관한 것이다.
최근 수많은 종류의 세균이나 바이러스에 의한 피해가 우리 생활환경 주변에서 빈번하게 발생하고 있다. 세균에 의한 인간의 질병 발생을 방지하기 위한 연구는 오래 전부터 이루어져 왔으나 섬유, 가전제품 등과 같이 인간이 직접적으로 접촉을 하고 있는 주위 환경의 미생물 오염에 의한 피해가 속출하고 있다는 사실은 최근에 들어서야 보고가 되고 있으며 위생적인 생활환경을 유지하기 위한 관심과 기술 개발 또한 급증하고 있다.
따라서, 과거 미생물에 의해 오염된 환경을 염소와 같은 유기 화합물을 사용하여 소독하는 과정에만 의존해 왔던 인간의 미생물 감염 예방은 인체에 무해하고 따로 소독을 하지 않아도 미생물 감염으로부터 인간을 보호할 수 있는 지속 가능한 항균 위생 물질의 개발로 점차 확산되고 있다. 이러한 항균 위생 물질 중에서도 대표적으로 항균 성능뿐만 아니라 응용성도 매우 뛰어난 항균성 고분자가 매우 각광을 받고 있다. 항균성 고분자가 등장하기 이전에는 일반적인 항균제(소독제)로 분말이나 액체 형태가 주로 사용되었고, 항균제 역할을 하는 물질을 고분자에 혼합하여 사용하는 경우가 종종 있었다. 그러나, 이러한 항균제는 다양한 물질로 적용되었을 경우 장기간 사용하게 되면 사용 도중 세척되거나 서서히 용출되어 결국은 모두 제거되는 어려움이 있어 항균 성능 지속성의 문제가 지적되어 왔다.
기능성 소재의 개발과 더불어 항균성 기능을 갖는 재료의 요구가 증대함에 따라 새로운 항균성 재료가 지속적으로 보고되고 있다. 항균성 재료는 크게 유기 항균제와 무기 항균제로 구분할 수 있다. 실용화된 유기 항균제는 암모늄 염, 포스포늄 염, 피리딘 화합물, 유기 할로겐 화합물, 치아졸린 화합물, 페놀류 등과 같은 관능기가 결합된 것으로, 항균성은 우수하지만 시간이 지남에 따라 항균성이 저하되어 장기간 동안 사용되는 곳에는 부적합하다.
상기 저분자 유기 항균제의 문제점을 해결하기 위해 고분자에 상기 저분자 항균제를 혼합하는 방법이 제시되고 있다. 그러나, 이와 같이 항균제를 고분자에 혼합하여 사용하면 고분자로부터 쉽게 빠져 나와 항균 지속성이 문제될 수 있다. 따라서, 항균제를 고분자에 결합시킨 새로운 구조의 고분자 항균제에 대한 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, 한국특허출원 제2004-7003345호에서는 고도로 가교된 폴리스티렌 비드를 출발 물질로 하여 항균 특성이 우수한 N-할라민이 도입된 폴리 스티렌 재질의 항균 고분자를 제시하고 있다. 그러나, 상기 항균 고분자는 기재 물질로 사용되는 폴리스티렌이 딱딱한 고체 비드상태여서 용매에 분산시킨 상태로 사용되어야 한다. 따라서, 상기 항균 고분자는 스프레이나 용액 코팅 등의 2차 가공을 위해서는 분산 안정성을 해치지 않는 범위에서만 사용이 가능하다는 단점이 있다.
무기 항균제는 유기 항균제에 비해 지속성 측면에서 유리하여 많은 경우에 금속과 비금속의 무기항균제를 사용하고 있다. 상기 무기 항균제에 사용되는 대표적인 금속으로서 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등의 금속과 이들의 산화물이 항균성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.
이러한 무기 항균제를 이용한 항균물질 관련 종래기술에 따르면, 구리를 기재 표면에 코팅 처리하거나 또는 일반적인 고분자에 혼합하여 항균제품에 적용하고 있다. 예컨대, 일본 공표특허공보 제2002-521339호에는 금속 산화물 또는 금속 수산화물을 코어로 하고, 그 표면에 금속 피리티온을 셸로서 형성시키는 기술 및 이 복합체를 함유하는 조성물이 개시되어 있다. 한국공개특허 제2005-0089608호에서는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE)등의 고분자에 산화구리를 혼합하여 항균성 고분자를 제조하는 방법을 보고하고 있다. 그러나, 상술한 방법은 구리가 고분자에 분산된 형태이므로 압출, 성형 등을 통한 제품 제조를 위해서는 고분자의 물성을 해치지 않는 범위에서 소량만 사용되어야 하므로 구리의 투입량이 매우 미미하여 항균 특성이 제한적이다.
또한, 항균물질로서 은을 나노 크기로 제어하여 항균성을 나타내는 연구가 활발히 연구되고 있지만 응용 분야의 제약 뿐만 아니라, 인체에 미치는 영향 등의 검증 되지 못한 이유 등으로 많은 문제점을 드러내고 있다.
상기와 같은 무기 항균제를 사용할 때 인체에 미치는 영향 및 제한적인 항균 특성으로 인해, 다양한 응용분야 적용에 제한을 받아 왔지만, 본 연구에서는 인체에 무해할 뿐만 아니라, 미생물 감염으로부터 인간을 보호할 수 있는 지속 가능한 항균 위생 물질 개발을 위하여 갈륨을 이용한 항균성 고분자를 제조하였다.
인체워싱턴 대학의 연구진의 Journal of Clinical Investigation 2007년 4월호에 게재된 논문에 따르면 갈륨(Ga)을 이용한 새로운 항박테리아 전략을 제시하였다. 감염증을 치료하는 새로운 접근법은 숙주의 방어메커니즘과 생체 내에서(in vivo) 상황이 세균에게 가하는 스트레스를 가중시키기 위하여 갈륨을 '트로이의 목마'로 이용하는 새로운 항균전략을 발표하였다. 많은 선행연구들이 18개 이상의 상이한 세균종을 대상으로 하여 "갈륨을 이용하여 철분을 제한함으로써 급성감염을 억제할 수 있다"는 사실을 입증한 바 있다. 한편 다수의 선행연구들은 "고농도의 철분이 바이오필름의 형성을 촉진한다"는 결과를 발표함으로서. 바이오필름 형성의 초기단계(세포집락 형성단계)와 성숙단계(3차원구조 형성단계)에서는 고농도의 철분이 필요한데, 이러한 철분을 격리시키는 방어메커니즘으로 갈륨을 응용하는 연구결과가 나와 있다.
그러나, 위에서 언급한 연구 결과는 기능성 소재로서의 응용 확대 뿐만 아니라 항균 제품 제조를 위한 연구가 전무한 실정이어서 항균성을 가지는 제품 용도 확대로의 연구가 반드시 수반되어야 하는 실정이다.
본 발명의 목적은 인체에 무해한 항균 활성을 지닌 항균성 고분자 조성물을 제공하는데 있다.
상기 목적에 따라, 본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 가지는 갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자를 제공한다:
Figure 112008069773420-PAT00004
상기 식에서,
A+는
Figure 112008069773420-PAT00005
또는
Figure 112008069773420-PAT00006
이고;
R1은 H 또는 OCH3이고;
R 및 R'는 각각 독립적으로 C1-C10 알킬렌기, 지환족 또는 방향족 탄화수소기, 메틸렌옥시기, 알킬렌옥시기, 아릴렌옥시기, 알킬렌티오기, 아릴렌티오기, 알킬이미노기, 디알킬이미노기, 아릴이미노기 및 디아릴이미노기로 이루어진 군에서 선택되고;
R"는 할로기, 시아노기, 티오시아네이트기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알킬시아노기, 아릴시아노기, 알킬티오기, 아릴티오기, 알킬아미노기, 디알킬아미노기, 아릴아미노기, 디아릴아미노기, 및 적어도 하나의 이중 결합 또는 삼중 결합을 구비하는 C2-C30의 지방족 또는 방향족 탄화수소 화합물로 이루어진 군에서 선택되고;
n은 1 내지 10,000의 정수이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 분자량이 500 내지 500,000인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기 갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자를 포함하는 항균성 고분자 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명에서는 안료, 염료, 보강제, 충진제, 내열안정제, 내후안정제, 대전방지제, 활제, 슬립제 및 핵제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가 제를 더 포함하는 항균성 고분자 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자가 상기 조성물의 총 중량에 대하여 0.1 내지 50중량%인 것이 바람직하고, 첨가제가 상기 조성물의 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 조성물은 아스페르길루스 나이거(Aspergillus niger), 채토미움그로보섬(Chaetomium globosum), 사카로마이시스 세레비시에(Saccharomyces cerevisiae), 칸디다 알비칸스(Candida albicans), 슈도모나스 플루오레슨스 (Pseudomonas fluorescens), 슈도모나스 애루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 알칼리게네스 파에칼리스(Alcaligenes faecalis), 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 스타필로코커스 에피더미스(Staphylococcus epidermis), 코리네박테리움 크세로시스(Corynebacterium xerosis), 프로피오니박테리움 아크네(Propionibacterium acnes), 피티로스포룸 오발(Pityrosporum ovale), 알테르나리아 알테르나타(Alternaria alternata), 아스페르길루스 베르시콜로(Aspergillus versicolor), 아우레오바시듐 풀루란스(Aureobasidium pullulans), 클라도스포륨 클라도스포리오이데스(Cladosporium cladosporioides), 페니실리움 퍼퓨로제넘(Penicillium purpurogenum), 포마 비오라세아(Phoma violacea), 로도토룰라 루브라(Rhodotorula rubra), 스포로볼로미세스 로세우스(Sporobolomyces roseus), 스타키보트리스 카르타룸(Stachybotrys chartarum), 울로클라디움 아트룸(Ulocladium atrum), 클로렐라 종(Chlorella sp), 플루로코커스 종(Pleurococcus sp), 노스톡 무스코룸(Nostocmuscorum), 오실라토리 아 테누이스(Oscillatoria tenuis), 스티쵸코커스 바실라리스(Stichococcus bacillaris), 트렌테폴리아 아우레아(Trentepohlia aurea) 및 대장균(E. coli)으로 이루어진 군에서 선택된 미생물의 성장을 억제하거나 사멸시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 고분자를 갈륨 착화합물과 치환 반응시켜 하기 화학식 1의 갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자를 제조하는 방법을 제공한다:
화학식 1
Figure 112008069773420-PAT00007
상기 식에서,
A+는
Figure 112008069773420-PAT00008
또는
Figure 112008069773420-PAT00009
이고;
R1은 H 또는 OCH3이고;
R 및 R'는 각각 독립적으로 C1-C10 알킬렌기, 지환족 또는 방향족 탄화수소기, 메틸렌옥시기, 알킬렌옥시기, 아릴렌옥시기, 알킬렌티오기, 아릴렌티오기, 알킬이미노기, 디알킬이미노기, 아릴이미노기 및 디아릴이미노기로 이루어진 군에서 선택되고;
R"는 할로기, 시아노기, 티오시아네이트기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알킬시아노기, 아릴시아노기, 알킬티오기, 아릴티오기, 알킬아미노기, 디알킬아미노기, 아릴아미노기, 디아릴아미노기, 및 적어도 하나의 이중 결합 또는 삼중 결합을 구비하는 C2-C30의 지방족 또는 방향족 탄화수소 화합물로 이루어진 군에서 선택되고;
n은 1 내지 10,000의 정수이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 고분자는 폴리아마이드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타아크릴레에트로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하고, 상기 갈륨 착화합물은 갈륨클로라이드 또는 갈륨아세테이트에서 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기 항균성 고분자 조성물을 기재에 도포하여 항균성 고분자막을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 기재가 섬유, 직물, 플라스틱 소재, 무기성 소재, 금속성 소재 및 목재로 이루어진 군에서 선택된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 항균성 고분자 및 이를 포함하는 조성물은 고분자에 갈륨을 함유함으로써 미생물에 강한 항균성 또는 살균력을 지닌다. 또한, 상기 항균성 고분자 조성물은 접착성, 내열성, 코팅성 등의 물성이 우수하여, 섬유, 직물, 플라스틱 소재, 무기 소재, 금속 소재 등 다양한 소재에 유용하게 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명이 하기의 실시예들에 의해 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 제한하는 의도로 사용되는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하고, "포함하다" 또는 "이루어지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에 있어서, "지방족 탄화수소"와"알킬"은 포화된 직쇄, 분기 또는 고리 탄화수소 사슬을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에서 지방족 탄화수소 혹은 알 킬은 1 내지 30개의 탄소 원자를 포함할 수 있고, 다른 일 실시예에서는 1 내지 10개의 탄소 원자를 포함할 수 있다. 지방족 탄화수소 혹은 알킬은 화학적으로 가능한 치환기로 치환될 수도 있고 치환되지 않을 수도 있다. 알킬의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, t-부틸, 헥실, 시클로프로필 등을 들 수 있다. 본 발명에 있어서 "아릴"은 방향족 탄화수소 사슬을 의미하고, 고리의 개수가 1개, 2개 또는 그 이상일 수 있으며, 3 내지 14개의 탄소 원자를 포함할 수 있다. 아릴의 예로는 페닐기, 나프틸기, 안프라세닐기 등을 들 수 있다. 아릴기는 화학적으로 가능한 치환기로 치환될 수도 있고 치환되지 않을 수도 있다.
항균성 고분자 조성물
항균성 고분자 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 가지는 갈륨(Ga)을 함유하는 고분자를 포함한다:
화학식 1
Figure 112008069773420-PAT00010
상기 식에서,
A+는
Figure 112008069773420-PAT00011
또는
Figure 112008069773420-PAT00012
이고; R1은 H 또는 OCH3이고; R 및 R'는 각각 독립적으로 C1-C10 알킬렌기, 지환족 또는 방향족 탄화수소기, 메틸렌옥시기, 알킬렌옥시기, 아릴렌옥시기, 알킬렌티오기, 아릴렌티오기, 알킬이미노기, 디알킬이미노기, 아릴이미노기 및 디아릴이미노기로 이루어진 군에서 선택되고; R"는 할로기, 시아노기, 티오시아네이트기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알킬시아노기, 아릴시아노기, 알킬티오기, 아릴티오기, 알킬아미노기, 디알킬아미노기, 아릴아미노기, 디아릴아미노기, 및 적어도 하나의 이중 결합 또는 삼중 결합을 구비하는 C2-C30의 지방족 또는 방향족 탄화수소 화합물로 이루어진 군에서 선택되고; n은 1 내지 10,000의 정수이다.
여기서, R"는 갈륨에 배위하여 착화합물을 형성하는 리간드라면 어느 것이든지 가능하다. 상기 리간드 결합 작용기의 예로는 할로기, 시아노기, 티오시아네이트기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알킬시아노기, 아릴시아노기, 알킬티오기, 아릴티오기, 알킬아미노기, 디알킬아미노기, 아릴아미노기 또는 디아릴아미노기 등이 있다. R"의 보다 구체적인 예로는, 시아노기, 티오시아네이트기, 메톡시기, 에톡시기, 프로필옥시기, 이소프로필옥시기, 부틸옥시기, t-부틸옥시기, 페닐옥시기, 메틸시아노기, 에틸시아노기, 프로필시아노기, 부틸시아노기, 페닐시아노기, 메틸티오기, 에틸티오기, 페닐티오기, 메틸아미노기, 에틸아미노기, 디메틸아미노기, 이소프로 필아미노기, t-부틸아미노기, 페닐아미노기, 디페닐아미노기 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
또한, R"는 갈륨에 배위하는 적어도 하나의 이중 결합 또는 삼중 결합을 구비하는 C2-C30의 지방족 또는 방향족 탄화수소 화합물 등일 수 있다. 그 예로는 시클로헥센, 시클로옥타디엔, 시클로펜타디엔, 부타디엔, 펜타디엔, 헥사디엔, 옥타디엔 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 가지는 고분자는, 중합된 상태의 고분자의 측쇄에 갈륨 착화합물을 치환하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 폴리아마이드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타아크릴레이트 등의 고분자를 갈륨클로라이드, 갈륨아세테이트 등의 갈륨 착화합물과 치환 반응시켜 갈륨 착화합물이 결합된 갈륨 함유 고분자를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 항균성 고분자 조성물에 포함되는 갈륨 함유 고분자의 분자량은 용매에 대한 용해도, 점도, 박막의 도포성 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 갈륨 함유 고분자는 500 내지 500,000 범위의 수평균 분자량을 가질 수 있다. 상기 갈륨 함유 고분자의 수평균 분자량이 500 미만인 경우에는 중합체가 고분자의 특성을 나타내지 못하거나 열적, 기계적 물성이 저하될 수 있다. 또한, 수평균 분자량이 500,000을 초과하는 경우에는 유기 용매에 대한 용해도가 저하되어 가공하는 것이 어려울 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 항균성 고분자 조성물에 포함되는 고분자의 함량은 조성물의 점도, 고분자의 용해도, 도포성 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 항균성 고분자 조성물은 상기 갈륨 함유 고분자를 조성물의 총 중량에 대하여 0.1 내지 50중량%의 범위로 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 항균성 고분자 조성물은 그 용도, 적용대상, 물성 등을 고려하여 다양한 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제의 예로는 안료, 염료, 보강제, 충진제, 내열안정제, 내후안정제, 대전방지제, 활제, 슬립제, 핵제 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 보다 구체적인 첨가제의 예로는 탄소 섬유, 탄산칼슘, 클레이, 실리카, 알루미나, 카본블랙, 수산화 마그네슘 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
첨가제의 함량은 조성물의 용도와 물성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 항균성 고분자 조성물은 조성물의 총 중량에 대하여 첨가제를 약 0.01 내지 10중량%의 범위로 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 항균성 고분자 조성물에 포함된 고분자는 그 자체로는 항균 활성을 가지지 않으며, 갈륨에 대한 항균 활성을 가지게 된다. 갈륨(Ga)을 '트로이의 목마'로 이용하여 세균의 철분의존 대사과정(Fe-dependent processes)을 교란시킴으로서 세균에 대한 항균성 및 살균력을 유지한다. 항균성 고분자 조성물은 고분자에 갈륨이 결합되어 고르게 분포하므로 갈륨의 투입량 대비 항균 활성이 우수한 특성을 지닌다. 또한, 상기 항균성 고분자 조성물은 인체에 무해할 뿐만 아니라 접착성, 내열성, 코팅성 등의 물성이 우수하여, 섬유, 직물, 플라스틱 소재, 무기 소재, 금속 소재 등 다양한 소재에 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기와 같이 제조되는 항균성 고분자막은 미생물의 성장을 억제하거나 사멸시키는 등의 항균성을 지닌다. 상기 항균성 고분자막은 바이러스, 특정 미생물 또는 특정 유기체 등의 여러 미생물에 대해 항균성을 지닌다.
상기 미생물의 예로는 진균류인 아스페르길루스 나이거(Aspergillus niger) 및 채토미움그로보섬(Chaetomium globosum), 효모인 사카로마이시스 세레비시에(Saccharomyces cerevisiae) 및 칸디다 알비칸스(Candida albicans), 특정 유기체인 슈도모나스 플루오레슨스 (Pseudomonas fluorescens), 슈도모나스 애루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 알칼리게네스 파에칼리스(Alcaligenes faecalis), 및 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 스타필로코커스 에피더미스(Staphylococcus epidermis), 코리네박테리움 크세로시스(Corynebacterium xerosis), 프로피오니박테리움 아크네(Propionibacterium acnes), 피티로스포룸 오발(Pityrosporum ovale), 알테르나리아 알테르나타(Alternaria alternata), 아스페르길루스 베르시콜로(Aspergillus versicolor), 아우레오바시듐 풀루란스(Aureobasidium pullulans), 클라도스포륨 클라도스포리오이데스(Cladosporium cladosporioides), 페니실리움 퍼퓨로제넘(Penicillium purpurogenum), 포마 비오라세아(Phoma violacea), 로도토룰라 루브라(Rhodotorula rubra), 스포로볼로미세스 로세우스(Sporobolomyces roseus), 스타키보트리스 카르타룸(Stachybotrys chartarum), 울로클라디움 아트룸(Ulocladium atrum), 클로렐라 종(Chlorella sp), 플루로코커스 종(Pleurococcus sp), 노스톡 무스코룸(Nostocmuscorum), 오실라토리아 테누이스(Oscillatoria tenuis), 스티쵸코커스 바실라리스(Stichococcus bacillaris), 트렌테폴리아 아우레아(Trentepohlia aurea) 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 항균성 고분자막은 대장균(E. coli)에 접촉하여 수 시간 내에 대장균을 사멸시키는 등의 우수한 항균성능을 지닌다.
상술한 방법으로 제조되는 항균성 고분자막은 고분자에 갈륨이 고르게 분포하므로 갈륨의 투입량 대비 항균 활성이 우수하고 향균 성능을 지속적으로 발휘할 수 있다. 또한, 상기 항균성 고분자막은 접착성, 내열성, 코팅성 등의 물성이 우수하여, 섬유, 직물, 플라스틱 소재, 무기 소재, 금속 소재 등 다양한 소재에 유용하게 적용될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의하여 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
갈륨(Ga) 함유 고분자의 제조
제조예 1
Figure 112008069773420-PAT00013
나일론6을 진공 하에 60℃에서 24시간 동안 건조시킨 후, 갈륨이 함유된 갈륨 고분자를 합성하기 위하여 화학양론적 비(stoichiometric ratio)를 1:1로 한 1.39g의 나일론6과 2g의 갈륨클로라이드를 88.9mL 나이트로메탄에 약 70℃로 온도를 유지하며 질소 분위기 하에서 약 24시간 용해 한 후, 감압 건조를 통하여 고분자가 녹아있는 용매를 완전히 제거한 후, 분산도(polydispersity index; PDI)는 약 2.0으로 측정된 하기 화학식 2를 가지는 고분자를 약 3g 수득하였다.
Figure 112008069773420-PAT00014
제조예 2
Figure 112008069773420-PAT00015
나일론66을 진공 하에 60℃에서 24시간 동안 건조시킨 후, 갈륨이 함유된 갈륨 고분자를 합성하기 위하여 화학양론적 비를 1:1로 한 1.49g의 나일론66와 2g의 갈륨클로라이드를 90.9mL 나이트로메탄에 약 70℃로 온도를 유지하며 질소 분위기 하에서 약 36시간 용해 한 후, 감압 건조를 통하여 고분자가 녹아있는 용매를 완전히 제거한 후, 분산도(PDI)는 약 2.3으로 측정된 하기 화학식 3을 가지는 고분자를 약 3g 수득하였다.
Figure 112008069773420-PAT00016
제조예 3
Figure 112008069773420-PAT00017
폴리에틸렌테레프탈레이트를 진공 하에 60℃에서 24시간 동안 건조시킨 후, 갈륨이 함유된 갈륨 고분자를 합성하기 위하여 화학양론적 비를 1:1로 한 1.32g의 폴리에틸렌테레프탈레이트와 1g의 갈륨클로라이드를 50.8mL 페놀과 테트라클로로에탄을 6:4 중량비로 혼합한 용매에 약 30℃로 온도를 유지하며 질소 분위기 하에서 약 6시간 용해 한 후, 감압 건조를 통하여 고분자가 녹아있는 용매를 완전히 제거한 후, 분산도(PDI)는 약 2.1로 측정된 하기 화학식 4를 가지는 고분자를 약 2g 수득하였다.
Figure 112008069773420-PAT00018
제조예 4
Figure 112008069773420-PAT00019
폴리메틸메타아크릴레이트를 진공 하에 60℃에서 24시간 동안 건조시킨 후, 갈륨이 함유된 갈륨 고분자를 합성하기 위하여 화학양론적 비를 1:1로 한 1.69g의 폴리메틸메타아크릴레이트와 1g의 갈륨클로라이드를 82.4 mL 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)에 약 30℃로 온도를 유지하며 질소 분위기 하에서 약 8시간 용해 한 후, 감압 건조를 통하여 고분자가 녹아있는 용매를 완전히 제거한 후, 분산도(PDI)는 약 1.34로 측정된 하기 화학식 5를 가지는 고분자를 약 2g 수득 하였다.
Figure 112008069773420-PAT00020
항균성 고분자막의 형성
실시예 1
제조예 1에서 제조된 고분자를 이용하여 항균성 고분자막을 형성하였다. 구체적으로, 제조예 1에서 제조된 고분자 약 1g을 약 50mL의 85% 포름산에 용해시켜 갈륨 함유 고분자 조성물을 제조하였다. 갈륨 함유 고분자 조성물을 가로 및 세로의 길이가 2cm인 실리콘 웨이퍼에 스핀코팅을 이용하여 고르게 도포한 후, 감압 후 완전 건조하여 갈륨 함유 고분자막을 제조하였다.
실시예 2
제조예 2에서 제조된 고분자를 이용하여 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 항균성 고분자막을 제조하였다.
실시예 3
제조예 3에서 제조된 고분자를 이용하여 항균성 고분자막을 형성하였다. 구 체적으로, 제조예 3에서 제조된 고분자 약 1g을 약 50mL의 o-클로로페놀에 용해시켜 갈륨 함유 고분자 조성물을 제조하였다. 갈륨 함유 고분자 조성물을 가로 및 세로의 길이가 2cm인 실리콘 웨이퍼에 스핀코팅을 이용하여 고르게 도포한 후, 감압 후 완전 건조하여 갈륨 함유 고분자막을 제조하였다.
실시예 4
제조예 4에서 제조된 고분자를 이용하여 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 항균성 고분자막을 제조하였다.
비교예 1 내지 비교예 4
갈륨을 함유하지 않은 나일론6(비교예 1), 나일론66(비교예 2), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)(비교예 3), 및 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)(비교예 4)를 이용하여 실시예 1 및 실시예 3에서와 실질적으로 동일한 방법으로 실리콘 웨이퍼 상에 고분자막을 제조하였다. 제조된 고분자막에 대해 어떠한 표면 처리를 하지 않은 상태로 시편을 준비하였다.
고분자막의 항균성 평가
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 고분자막을 미생물과 접촉시켜 미생물에 대한 항균성을 평가하였다. 미생물로는 지표 미생물인 대장균(E. coli)을 사용하였다. 대장균 배양액을 고분자막이 형성된 웨이퍼 위에 적하한 후, 소정의 시간 동안 배양하여 대장균을 증식시킨다. 이후 탈착하여 희석 평판법을 이용하여 미생물의 균수를 측정하였다. 시작 시점, 3시간 경과 및 6시간 경과 후 에 미생물 균수의 측정결과를 하기 표 1에 나타낸다.
0시간 3시간 6시간
실시예 1 100% 0.14% 0.00%
실시예 2 100% 0.15% 0.00%
실시예 3 100% 0.23% 0.00%
실시예 4 100% 0.17% 0.00%
비교예 1 100% 1108.56% 1208.86%
비교예 2 100% 1107.21% 1191.36%
비교예 3 100% 1206.98% 1297.54%
비교예 4 100% 998.27% 1087.36%
표 1을 참조하면, 비교예 1 내지 4의 갈륨을 함유하지 않은 고분자막의 경우 대장균 개체수가 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 이에 비하여, 실시예 1 내지 4의 갈륨 함유 고분자막은 3시간 경과 후 99% 이상의 대장균이 사멸하였고, 6시간 경과 후에는 대장균이 모두 사멸하여 제거된 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명에 따른 고분자를 이용하여 형성된 갈륨 함유 고분자막은 미생물에 대한 강한 항균성을 지니는 것으로 확인되었다.

Claims (12)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 가지는 갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자:
    화학식 1
    Figure 112008069773420-PAT00021
    상기 식에서,
    A+는
    Figure 112008069773420-PAT00022
    또는
    Figure 112008069773420-PAT00023
    이고;
    R1은 H 또는 OCH3이고;
    R 및 R'는 각각 독립적으로 C1-C10 알킬렌기, 지환족 또는 방향족 탄화수소기, 메틸렌옥시기, 알킬렌옥시기, 아릴렌옥시기, 알킬렌티오기, 아릴렌티오기, 알킬이미노기, 디알킬이미노기, 아릴이미노기 및 디아릴이미노기로 이루어진 군에서 선택되고;
    R"는 할로기, 시아노기, 티오시아네이트기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알킬시아노기, 아릴시아노기, 알킬티오기, 아릴티오기, 알킬아미노기, 디알킬아미노기, 아릴아미 노기, 디아릴아미노기, 및 적어도 하나의 이중 결합 또는 삼중 결합을 구비하는 C2-C30의 지방족 또는 방향족 탄화수소 화합물로 이루어진 군에서 선택되고;
    n은 1 내지 10,000의 정수이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    수평균 분자량이 500 내지 500,000인 것을 특징으로 하는 갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자.
  3. 제 1 항에 따른 갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 고분자 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    안료, 염료, 보강제, 충진제, 내열안정제, 내후안정제, 대전방지제, 활제, 슬립제, 핵제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 고분자 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자가 조성물의 총 중량에 대하여 0.1 내지 50중량%인 것을 특징으로 하는 항균성 고분자 조성물.
  6. 제 4 항에 있어서,
    첨가제가 조성물의 총 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%인 것을 특징으로 하는 항균성 고분자 조성물.
  7. 제 4 항에 있어서,
    아스페르길루스 나이거(Aspergillus niger), 채토미움그로보섬(Chaetomium globosum), 사카로마이시스 세레비시에(Saccharomyces cerevisiae), 칸디다 알비칸스(Candida albicans), 슈도모나스 플루오레슨스 (Pseudomonas fluorescens), 슈도모나스 애루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 알칼리게네스 파에칼리스(Alcaligenes faecalis), 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus), 스타필로코커스 에피더미스(Staphylococcus epidermis), 코리네박테리움 크세로시스(Corynebacterium xerosis), 프로피오니박테리움 아크네(Propionibacterium acnes), 피티로스포룸 오발(Pityrosporum ovale), 알테르나리아 알테르나타(Alternaria alternata), 아스페르길루스 베르시콜로(Aspergillus versicolor), 아우레오바시듐 풀루란스(Aureobasidium pullulans), 클라도스포륨 클라도스포리오이데스(Cladosporium cladosporioides), 페니실리움 퍼퓨로제넘(Penicillium purpurogenum), 포마 비오라세아(Phoma violacea), 로도토룰라 루브라(Rhodotorula rubra), 스포로볼로미세스 로세우스(Sporobolomyces roseus), 스타키보트리스 카르타룸(Stachybotrys chartarum), 울로클라디움 아트룸(Ulocladium atrum), 클로렐라 종(Chlorella sp), 플루로코커스 종(Pleurococcus sp), 노스톡 무스코룸(Nostocmuscorum), 오실라토리아 테누이스(Oscillatoria tenuis), 스티쵸코커스 바실라리스(Stichococcus bacillaris), 트렌테폴리아 아우레아(Trentepohlia aurea) 및 대장균(E. coli)으로 이루어진 군에서 선택된 미생물의 성장을 억제하거나 사멸시키는 것을 특징으로 하는 항균성 고분자 조성물.
  8. 고분자를 갈륨 착화합물과 치환 반응시켜 하기 화학식 1의 갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자를 제조하는 방법:
    화학식 1
    Figure 112008069773420-PAT00024
    상기 식에서,
    A+는
    Figure 112008069773420-PAT00025
    또는
    Figure 112008069773420-PAT00026
    ;
    R1은 H 또는 OCH3;
    R 및 R'는 각각 독립적으로 C1-C10 알킬렌기, 지환족 또는 방향족 탄화수소기, 메틸렌옥시기, 알킬렌옥시기, 아릴렌옥시기, 알킬렌티오기, 아릴렌티오기, 알킬이미노 기, 디알킬이미노기, 아릴이미노기 및 디아릴이미노기로 이루어진 군에서 선택되고;
    R"는 할로기, 시아노기, 티오시아네이트기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알킬시아노기, 아릴시아노기, 알킬티오기, 아릴티오기, 알킬아미노기, 디알킬아미노기, 아릴아미노기, 디아릴아미노기, 및 적어도 하나의 이중 결합 또는 삼중 결합을 구비하는 C2-C30의 지방족 또는 방향족 탄화수소 화합물로 이루어진 군에서 선택되고;
    n은 1 내지 10,000의 정수이다.
  9. 제 8 항에 있어서,
    고분자가 폴리아마이드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타아크릴레에트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자를 제조하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    갈륨 착화합물이 갈륨클로라이드 또는 갈륨아세테이트에서 선택되는 것을 특징으로 하는 갈륨(Ga) 함유 항균성 고분자를 제조하는 방법.
  11. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 항균성 고분자 조성물을 기재에 도포하여 항균성 고분자막을 형성하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    기재가 섬유, 직물, 플라스틱 소재, 무기성 소재, 금속성 소재 및 목재로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 항균성 고분자막을 형성하는 방법.
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