KR20120130732A - 방오용 도료조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 방오효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 포함하는 방오용 조성물 및 이를 포함하는 방오용 도료 조성물은 지나치게 낮은 방오효소의 활성으로 산업적용의 제한을 받았던 기존의 방오효소-기질 복합체에 비하여 향상된 방오 성능을 얻을 수 있어 산업 적용 가능성을 높일 뿐만 아니라, 단가가 저렴한 지지체를 이용하여 경제성 문제도 해결할 수 있다.

Description

방오용 도료조성물 및 그 제조방법{Antifouling composites and paints and manufacturing method thereof}
본 발명은 방오용 도료조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 방오효소를 포함하는 방오 조성물에 비하여 훨씬 많은 양의 방오효소를 3차원 네트워크 구조의 파이버에 고정시키고 방오효소의 활성을 장기간 안정적으로 유지할 수 있는 방오효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 포함하는 방오용 조성물 및 이를 포함하는 방오용 도료 조성물을 제공하는 것이다.
방오도료 조성물은 해수 침적 도막의 표면 오염을 유발하는 해양 생물의 부착과 성장을 방지하거나 제어하는 것을 그 목적으로 한다. 선체 바닥(선저부), 수중 구조물 등은 장기간 수중에 노출되는 경우 조개, 굴, 홍합 및 삿갓조개와 같은 갑각류, 파래(해초류)와 같은 식물류 및 수중 박테리아와 같은 각종 수서 생물이 표면에 부착, 증식하여 외관이 불량해지거나 그 기능을 상실하게 된다. 특히 선저부에 이러한 수서 생물이 부착하여 증식하면 선박 외판 전체의 표면 조도가 증가하여 선속이 저하되고 그로 인해 연료 소비 및 운전 비용이 증가할 수 있다. 수서 생물을 선저부로부터 제거하기 위해서는 많은 노력과 오랜 작업 시간이 필요하다. 또한 수중 구조물에 부착하여 번식하는 박테리아 위에 점액(진흙 물질)이나 슬라임(slime) 등이 부착하여 박테리아를 부패시키는 경우나, 점착성을 갖는 대형 생물이 수중 구조물(예: 철강 구조물)에 부착, 번식하여 수중 구조물의 부식 방지 도막을 손상시키는 경우, 수중 구조물의 강도나 기능을 저하시켜 수명을 현저히 단축시키는 문제점이 있다.
이러한 문제를 방지하기 위하여, 선저부에는 방오성이 뛰어난 방오도료로서 트리부틸주석메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트 등의 공중합체 및 아산화구리(Cu2O)를 포함하는 방오도료 조성물을 도장하는 것이 일반적이다.
이 방오도료 조성물을 구성하는 공중합체는 해수 중에서 가수분해되어, 비스트리부틸주석옥사이드(Bu3Sn-OSnBu3(Bu는 부틸기)) 또는 트리부틸주석할로겐화물(Bu3SnX(X는 할로겐 원자))과 같은 유기 주석 화합물을 방출하여 방오효과를 나타낸다. 또한 상기 공중합체는 가수분해성 자기연마형(self-polishing) 도료이기 때문에, 가수분해된 공중합체 자체도 수용성으로 바뀌어 해수 중에 용해됨으로써, 선저부 도막 표면에는 수지 잔류물이 남지 않고 지속적으로 활성을 갖는 표면을 유지한다.
그러나 전술한 유기 주석 화합물은 그 독성이 매우 강하고 해양 오염, 기형 어류 또는 기형 조개의 발생, 먹이사슬을 통한 수중 생태계의 파괴 등을 일으킬 가능성이 높다. 이러한 문제점으로 인하여 종래의 유기 주석계 방오도료를 대체할 수 있는 비주석계(tin free) 방오도료의 개발이 요구되었다.
최근, 주석을 대체하기 위하여 zinc, copper, sylil, silicone, 이산화동 등 다양한 물질과 마모성이 좋은 재료 등이 사용되고 있다. 기존의 도료는 산기 함유 고분자에 금속아세테이트와 같이 메탈 에스테르 화합물을 혼합하여 부분적으로 겔화된 바인더를 이용하는 것이다. 이러한 바인더는 필름 형성 능력 및 저장성 등이 나빠 크랙이 발생하거나 연마성이 떨어지고 고점도화로 적용이 어려운 면이 있었다. 또한 종래의 아크릴 고분자에 아크릴산 아연과 같이 메탈 에스테르 화합물을 혼합하여 부가중합한 타입은 마모도 조절이 양호하지 않아 장기 마모성에서 불안하다는 문제점이 있었다.
또한 결정적으로 이들 물질들 역시 중금속 등을 포함하고 있어 생태계에 악영향을 미치는 것으로 보고되었고 이러한 환경 문제로 인해 그 사용의 제한을 확대하고 있는 추세이다.
이에, 한국특허출원 제2001-7010883호에서는 에폭시 또는 유리섬유에 방오효소 또는 이를 생산하는 미생물을 포함하는 선박 방오용 조성물을 개시하였다. 또한 한국특허출원 2002-7012611호에서는 로진과 방오효소를 포함하는 방오용 조성물을 개시하고 있으며 로진은 방오효소의 고정화 효과를 가지며 방오효소가 외부로 배출하는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 그러나 이들 종래기술들은 모두 지지체에 고정되는 방오효소의 양이 극히 적어 방오효과가 낮을 뿐 아니라 시간이 경과하면 방오효소가 외부로 쉽게 유출되어 방오효과가 급격히 떨어지는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제를 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 종래의 방오효소를 포함하는 방오용 조성물에 비하여 현저하게 많은 양의 방오효소를 포함하며 시간이 경과하여도 방오효소가 외부로 거의 유출되지 않고 활성이 유지되는 방오용 조성물 및 이를 포함하는 방오용 도료 조성물을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스의 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 방오효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 방오효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체;를 포함하는 방오용 도료조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 3차원 네트워크 섬유는 마이크로 섬유 또는 나노섬유일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 3차원 네트워크 섬유는 상기 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 쉘은 멀티레이어일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 방오효소는 아실라제, 락토나제, 프로테아제, 퍼옥시데아제, 아미노펩티다아제, 포스파타아제, 트렌스아미나아제, 세린-엔도펩티다아제, 시스테인-엔도펩티다아제 및 메탈로엔도펩티다아제로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 방오용 도료조성물은 상기 복합체를 0.001 ~ 50중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, (1) 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스에 방오효소를 첨가시키는 단계; (2) 상기 매트릭스의 공극내부에 첨가된 방오효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; (3) 상기 방오효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 방오효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계; 및 (4) 도료에 상기 복합체를 첨가하는 단계를 포함하는 방오용 도료조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 석출화제는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합한 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 가교결합제는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 상기 석출화제 및 가교결합제를 제거하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 사용된 용어를 설명한다.
용어 방오효소(antifouling enzyme)라 함은 방오 조성물에 포함되어 생물학적 방오 작용을 통해 물질의 표면에 오염물질이 부착 및 성장하는 것을 방지하는 효소를 의미한다. 예를 들어, 생물학적 오염물질의 표면 부착 및 성장은 독특한 신호전달 체계(quorum sensing system)에 의해 진행되며 신호전달 물질(quorum sensing materials)은 N-acyl homoserine lactone (AHL) 계열의 화합물인데 방오효소는 이 화합물을 가수분해 하여 신호전달을 불능화(quorum quenching) 시키는 작용을 한다. 한편, 한국특허출원 제2001-7010883호 및 한국특허출원 2002-7012611호에 개시된 방오효소는 본 발명에 포함될 수 있다.
용어 '섬유와 효소간의 공유결합이 실질적으로 형성되지 않은'이라 함은 섬유의 표면에 자연적으로 형성된 효소와 공유결합이 가능한 작용기(예: 섬유의 중합 및 방사과정에서 반응하지 않고 섬유표면에 남아있는 아미노기 등)와 효소간의 공유결합이 형성되는 것을 제외하고는 섬유표면의 개질 등을 통해 섬유 표면에 작용기를 형성하지 않으며, 섬유 표면의 자연적으로 형성된 작용기와의 공유결합을 제외하고는 섬유와 효소간의 공유결합이 형성되지 않은 것을 의미한다.
본 발명의 방오용 도료 조성물은 지나치게 낮은 방오효소의 활성으로 산업적용의 제한을 받았던 기존의 방오효소-기질 복합체에 비하여 향상된 방오 성능을 얻을 수 있어 산업 적용 가능성을 높일 뿐만 아니라, 단가가 저렴한 지지체를 이용하여 경제성 문제도 해결할 수 있다.
또한, 페인트 물질로 널리 사용되고 있는 각종 폴리머 물질과 혼합하여 도료 물질로 개발 후 사용하게 되면, 방오 물질이 사용되는 각종 산업분야(해운 항만 산업, 유체 운송 산업, 수질 처리 산업 등)에 효과적인 적용이 가능하여 환경오염으로 문제가 되어 사용이 제한되고 있는 기존의 화학적 방오물질을 대체하는 물질로 사용이 가능할 것이다.
도 1은 폴리아닐린나노섬유의 제조하는 공정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 섬유 매트릭스에 방오효소를 고정화시키는 공정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 제조예 1을 통해 제조한 폴리아닐린 나노섬유(polyaniline nanofibers, PANFs)를 촬영한 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 방오효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체의 사시도 및 단면도이다.
도 5는 UV/Vis-분광광도계를 이용한 방오효소가 흡착된 고분자 나노섬유 복합체(EA-AC/PANF), 방오효소가 흡착 후 가교결합된 고분자 나노섬유 복합체(EAC-AC/PANF), 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF) 복합체의 초기 활성(initial rate)을 측정한 값을 나타낸 것이다.
도 6은 방오효소-고분자 나노섬유의 초기활성 측정을 통해 확인된 안정성 결과 그래프이다.
도 7은 방오용 도료 조성물의 방오 효과를 확인하기 위해 아무 처리도 되지 않은 종이테이프 샘플(A), 라텍스 도료만을 도포한 종이테이프 샘플(B), 그리고 방오효소-고분자나노섬유 복합체와 라텍스 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물을 도포한 종이테이프 샘플(C)을 준비한 사진이다.
도 8은 오염이 진행되는 조건에서, 아무 처리도 되지 않은 종이테이프 샘플(A), 라텍스 도료만을 도포한 종이테이프 샘플(B), 그리고 방오효소-고분자나노섬유 복합체와 라텍스 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물을 도포한 종이테이프 샘플(C)의 표면을 광학 현미경으로 관찰한 결과 이미지이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이 기존의 방오효소를 포함하는 방오조성물들은 방오 효과를 나타내긴 하였지만 지나치게 낮은 활성으로 인해 실제 산업에 적용하였을 때 방오 성능이 현저하게 낮을 뿐 아니라 오랜 시간이 경과하는 경우 방오효과가 급격하게 떨어지는 문제가 있었다.
이에 본 발명에서는 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스의 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 방오효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 방오효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 방오효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체;를 포함하는 방오용 도료조성물을 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 본 발명의 방오용 도료 조성물은 지나치게 낮은 방오효소의 활성으로 산업적용의 제한을 받았던 기존의 방오효소-기질 복합체에 비하여 향상된 방오 성능을 얻을 수 있어 산업 적용 가능성을 높일 뿐만 아니라, 제조단가가 저렴한 지지체를 이용하여 경제성 문제도 해결할 수 있다.
먼저 본 발명의 도료 조성물에 포함되는 방오효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 설명한다. 먼저, 본 발명의 복합체는 (1) 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스에 방오효소를 첨가시키는 단계; (2) 상기 매트릭스의 공극내부에 첨가된 방오효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; 및 (3) 상기 방오효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 방오효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계를 통해 제조될 수 있다.
먼저 (1) 단계로서 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스에 방오효소를 흡착 및/또는 공유결합시킨다. 3차원 네트워크 섬유의 표면이 방오효소와 공유결합할 수 있는 작용기를 포함하고 있다면(이를 위해 개질되어 있다면) 방오효소와 섬유간에 공유결합이 발생하고 이를 포함하지 않는다면 흡착된다.
본 발명에 사용되는 파이버는 방사 시 3차원 네트워크가 형성되어 섬유와 섬유사이에 공극이 형성할 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있으며 섬유의 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 비용 및 효율을 고려하여 폴리아닐린 섬유를 사용하는 것이 유리하나 이에 제한되지 않는다.
섬유를 제조하기 위한 방사의 종류 역시 섬유와 섬유간에 3차원 네트워크 구조를 갖는 것이면 통상의 중합 및/또는 방사공정을 활용할 수 있고, 전기방사, 용융방사 등을 모두 사용할 수 있다. 섬유의 직경 역시 나노섬유, 마이크로 섬유에 모두 적용될 수 있으나, 후술하는 효소집합체의 크기와 섬유와 섬유사이에 형성되는 공극의 크기를 고려할 때 나노섬유를 사용하는 것이 보다 유리할 수 있다. 하지만, 탄소나노튜브의 경우 이를 섬유로 제조한다 하더라도 3차원 네트워크를 형성할 수 없으므로 본 발명의 범위에 속하지 않는다.
본 발명의 일구현예에 따른 다공성 매트릭스는 3차원 네트워크 섬유를 일부 또는 전부를 포함하여 구성될 수 있으며, 이 때 다공성은 3차원 네트워크를 형성하는 섬유와 섬유간의 공간(공극)을 의미한다.
본 발명의 섬유는 3차원상의 네트워크를 형성하며 이를 통해 파이버 매트릭스 구조를 가질 수 있게 되며, 상기 매트릭스 구조는 섬유가 복잡하게 얽힌 무정형의 구조일 수 있다.
본 발명에 포함되는 방오효소는 통상적으로 방오용 도료조성물에 사용될 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 아실라제, 락토나제, 프로테아제, 퍼옥시데아제, 아미노펩티다아제, 포스파타아제, 트렌스아미나아제, 세린-엔도펩티다아제, 시스테인-엔도펩티다아제 및 메탈로엔도펩티다아제를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 파이버 매트릭스는 그 표면에 상기 방오효소와 공유결합될 수 있는 어떠한 작용기(예 : 아미노기, 카르복시기)를 실질적으로 포함하거나 포함하고 있지 않은 섬유에도 적용될 수 있으므로, 파이버의 표면과 방오효소간에 공유결합으로 결합되거나 섬유의 표면 또는 섬유와 섬유간에 형성되는 공극(공간) 사이에 흡착하게 될 수 있다. 따라서, 단순히 방오효소가 매트릭스의 표면에 흡착된 상태에서 수세 등의 외부충격이 가해지는 경우 흡착된 방오효소 중 대부분이 매트릭스에서 떨어져나가게 되므로 결과적으로 효소의 고정률이 현저하게 감소하게 되는 것이다.
다음 (2) 단계로서 상기 매트릭스의 공극내부에 흡착 및/또는 공유결합된 효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가(enzyme precipiatation)한다. 흡착된 효소는 그 크기가 매우 작으므로 육안으로 거의 관찰되지 않는다. 이에 상기 흡착된 효소를 석출시키기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 경우 흡착된 효소들이 서로 뭉치게 되어 그 크기가 커지게 되어 결국 섬유의 표면 또는 섬유와 섬유간에 형성되는 공극(공간) 사이에서 석출하게 된다. 이를 통해 직경이 섬유간 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 방오효소 집적체를 형성할 수 있는 것이며, 만일 석출화제를 첨가하지 않는 경우 집적체의 크기가 공극입구의 크기보다 작게되어 이후 집적체가 쉽게 섬유간 공극 사이를 이탈하게 된다.
이 때 사용될 수 있는 석출화제는 효소의 활성에 거의 영향을 미치지 않으면서 효소를 석출시킬 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있지만 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합한 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
다음, (3) 단계로서 상기 방오효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성한다. 구체적으로 섬유와 섬유사이에 형성된 공극(공간)의 크기에 비하여 석출된 방오효소의 크기가 상대적으로 작으므로 수세 등의 외부충격에 의하여 석출된 방오효소가 공극의 외부로 유출될 수 있다. 그러나, 가교결합제를 첨가하여 석출된 방오효소와 방오효소간에 가교결합을 형성하는 경우 가교결합된 방오효소들이 집합체를 형성하게 되고 상기 형성된 방오효소 집합체는 공극 내부를 거의 채우게 된다. 그 결과 공극의 입구보다 형성된 방오효소 집합체의 크기가 더 커지게 되므로 가교결합된 효소집합체는 수세 등의 외부충격에 의해서도 쉽게 공극의 외부로 유출되지 않게 된다. 그 결과 시간이 경과하여도 상기 공극 내부에 방오효소 집합체가 위치하게 되므로 섬유와 방오효소간의 공유결합과 같은 직접적인 결합관계가 형성되지 않는다 하더라도 방오효소 집합체가 섬유 매트릭스 내부에 장기간 구비될 수 있는 것이다. 또한 방오효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스간에 형성된 복합체는 종래의 복합체에 비하여 고정된 효소의 양이 월등하게 많기 때문에 이를 바이오 센서 또는 바이오 연료전지 등에 활용하는 경우에도 그 성능이 종래의 복합체를 사용하는 경우에 비하여 현저하게 개선될 수 있는 것이다.
한편, 석출화제를 처리한 후 가교결합제를 첨가하는 것이, 가교결합제만 첨가하는 경우에 비하여 그 효과가 현저하게 증진된다. 이는 방오효소의 흡착 후 가교결합제를 첨가하는 경우 섬유와 섬유간에 형성된 공극의 내부를 상당부분 채우지 못하게 되거나 가사 이를 채웠다 하더라도 방오효소들의 농도는 주위 농도와 같아지게 된다. 주위와 같은 농도의 방오효소가 가교결합을 하여 나노섬유안의 공극에서 공극의 입구보다 더 큰 덩어리를 이루지 못하여 수세과정에서 가교결합된 방오효소가 외부로 유출되는 경우가 발생할 확률이 높다. 공유결합 역시 공유결합된 방오효소들을 제외한 나머지 방오효소들은 큰 덩어리를 이루지 못하고 이후 수세될 확률이 높다.
하지만 본 발명의 경우 방오효소의 흡착 후 석출을 통해 효소들이 강제적으로 나노섬유 안의 공극을 더욱 조밀하게 메우게 되며 공국에 채워진 효소들은 가교결합을 통해 큰 덩어리를 이루기 때문에 병목현상 혹은 ship in a bottle 현상으로 수세과정에서 손실이 EAC 보다 덜하게 되는 것으로 예상된다.
나아가, 섬유의 표면에 방오효소와 공유결합할 수 있는 작용기가 거의 없는 폴리아닐린나노섬유 등의 경우 섬유의 표면에 방오효소가 고정화되기 매우 어렵다. 하지만, 본 발명에서는 섬유의 표면에서 석출된 방오효소들이 가교결합되어 섬유의 표면을 감싸는 쉘을 형성하게 되므로 마치 핫도그와 같이 섬유와 방오효소간에 공유결합이 실질적으로 형성되지 않는 경우에도 섬유의 표면에 많은 양의 방오효소가 쉘을 형성하여 고정화될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 가교결합제는 방오효소의 활성을 저해하지 않고서 효소간에 가교결합을 형성할 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있지만 바람직하게는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하여 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 글루타르 디알데하이드를 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니며 당업계에 공지된 가교결합제를 제한없이 사용하는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
한편, 상기 (3) 단계 이후 바람직하게는 상기 방오효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체를 수세하여 첨가된 가교결합제 및 석출화제를 제거하는 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 수세단계를 거치면서 통상의 제조방법으로 제조된 매트릭스 복합체의 경우 공극사이에 고정된 방오효소가 상당부분 공극 밖으로 유출되지만, 본 발명에 의해 제조된 방오효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체는 공극 내부에 형성된 방오효소 집합체의 크기가 공극의 입구보다 크게 되므로 상기 방오효소 집합체는 수세공정에도 불구하고 외부로 유출되지 않고 공극의 내부에 고정될 수 있게 되는 것이다.
이를 통해 제조된 본 발명의 방오효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체는 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스의 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 방오효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 방오효소들을 포함하는 쉘을 포함한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방오효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체의 사시도 및 단면도이다. 이를 살펴보면 3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스의 공극 내부에 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소집적체가 담지되어 있다. 또한, 3차원 네트워크 섬유의 표면을 방오효소 집적체를 포함하는 쉘이 감싸고 있다. 도 4의 우하단의 EPCs 는 3차원 네트워크 섬유의 표면을 효소 집적체를 포함하는 쉘이 감싸는 부분에 대한 단면도로서 섬유와 쉘을 형성하는 효소집적체 사이에는 공유결합이 실질적으로 형성되지 않으면서 마치 핫도그처럼 효소집적체를 포함하는 쉘이 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싸고 있다.
결국, 본 발명의 방오효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체는 섬유와 섬유간에 형성된 공극에서 외부로 유출되지 않을 정도로 상기 공극의 내부에 형성된 방오효소 복합체의 크기가 충분히 크게 되므로 종래의 방오효소 복합체에 비하여 현저하게 많은 양의 방오효소가 매트릭스에 고정되어 복합체를 형성할 수 있게 된다. 다시 말해 섬유와 섬유간에 형성된 공극에서 외부로 유출되는 통로인 공극의 입구의 크기보다 공극 내부에 형성된 방오효소 복합체의 크기가 더 크게 되어 결국 수세 등의 외부 자극이 있는 경우에도 방오효소 복합체가 상기 공극의 내부에 구비될 수 있게 되며, 이는 방오효소와 매트릭스간에 직접적인 결합관계가 형성되지 않고서도 상기 복합체가 장기간 유지될 수 있게 되는 것이다.
나아가, 섬유의 표면에 방오효소와 공유결합할 수 있는 작용기가 거의 없는 폴리아닐린나노섬유 등의 경우 섬유의 표면에 방오효소가 고정화되기 매우 어렵다. 하지만, 본 발명에서는 섬유의 표면에서 석출된 방오효소들이 가교결합되어 섬유의 표면을 감싸는 쉘을 형성하게 되므로 마치 핫도그와 같이 섬유와 방오효소간에 공유결합이 실질적으로 형성되지 않는 경우에도 섬유의 표면에 많은 양의 방오효소가 쉘을 형성하여 고정화될 수 있으며, 이러한 쉘은 멀티레이어를 형성할 수 있다.
다음, 상술한 방오효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체가 포함되는 도료 조성물을 설명한다. 본 발명에 사용될 수 있는 도료는 통상적으로 사용될 수 있는 종류이면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어 케슈계, 유성에나멜계 천연섬유, 나이트로셀룰로스, 알키드 수지, 비닐수지, 폴리에스터 수지, 에폭시 수지 등의 합성수지 도료, 에멀젼계(예를 들어 아세트산 비닐기), 수용성 베이킹 수지계 도료, 플라스티졸 도료, 분말도료 및 라텍스 계열 도료 등이 제한없이 사용될 수 있다. 본 발명의 복합체는 도료 조성물 100중량%에 대하여 0.001 ~ 50중량% 포함될 수 있다. 또한 본 발명의 방오효소-3차원 네트워크 섬유 매트릭스 복합체를 제외하고 나머지 도료 조성물의 성분들은 통상의 방오용 조성물 및 방오용 도료 조성물에 사용되는 물질들을 사용할 수 있는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
일반적으로 아무 처리되지 않은 자연상태의 방오효소를 도료물질과 혼합하여 사용하게 되면 효소 활성 손실이 급격하게 진행되어 방오 성능이 현저하게 낮을 뿐 아니라 안정성이 떨어져서 단기간에 방오 성능을 잃게 된다. 하지만 방오효소를 3차원 섬유 매트릭스 복합체에 고정화함으로써 많은 양의 방오효소가 높은 방오 활성을 나타내고, 도료물질과 혼합하더라도 장기간 높은 방오 활성을 나타내는 것을 응용 실험을 통해 확인할 수 있었다. 게다가 합성된 방오효소 조성물은 수용액 상에서 고르게 분산되어 건조되는 과정에서 도료 조성물의 바닥에 가라앉지 않고 얇게 도포된 도료 조성물과 외부 접촉 부위에 고르게 분산되어 방오 효과를 나타내었다. 그 결과 외부에 드러난 방오효소는 고정화 과정을 거침으로써 쉽게 활성이 감소하지 않고 오랜 기간 높은 활성을 나타내어 방오용 도료 조성물의 효과를 오랫동안 지속할 수 있게 된다.
본 발명의 도료조성물은 도료의 도포가 가능한 모든 사물의 표면에 적용이 가능할 것이다. 예를 들어 해운 항만 사업에는 선저부, 갑판, 프로펠러 등에 도포함으로써 방오 기능을 보여줄 수 있고, 유체를 운송하는 사업에서는 각종 재질의 관 내부 및 연결 부위의 도포를 통해 유체의 흐름 방해로 인한 운전비용 증가를 방지할 수 있다. 또한 수처리 산업(수질관리, 해수담수화 등)에서는 저수조, 반응조 등 각종 반응기 내부 표면 및 폭기를 위한 에어레이터, 혼합을 위한 임펠러(impellar)등에 도포함으로써 수질관리 효율을 증가시킬 수 있으며, 더 나아가 안정성이 검증된 도료물질을 이용하면 인체 내부에 삽입하여 사용되는 인공 장기 및 인체에 삽관되어 사용되는 의료기기 등에도 사용이 가능하여 장기간 성능의 저하 없이 기능을 발휘할 수 있다.
<준비예> 3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스의 제조
도 1과 같은 방법으로 3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스를 제조하였다.
구체적으로 방오효소고정화를 위한 전기전도성 나노섬유 폴리아닐린 나노섬유는 산화제인 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate)를 개시제로 하여 산화 중합을 통해 제조하였다. 산화중합은 암모늄 퍼설페이트의 양을 조절하여 폴리아닐린의 과성장을 막아 주는 rapidly mixing reaction 방법을 사용하였다. 암모늄 퍼설페이트를 1 M HCl 용액에 0.1 M이 되도록 녹여 준비하였다. 아닐린 1.5 ml를 1 M HCl 8.5 ml에 넣고 잘 섞어 준다. 준비한 암모늄 퍼설페이트 용액 10 ml을 아닐린과 HCl이 섞인 10 ml 용액에 넣고 잘 섞어주었다. 잘 섞인 용액을 24시간동안 실온에서 200 rpm으로 교반시켜주었다. 이렇게 중합과정이 끝난 후 용액을 원심 분리하여 상등액을 버린 후 증류수를 넣어준 후 잘 교반하여 씻어주는 과정을 여러 번 거친 후 4℃에서 보관하였다. 제조된 폴리 아닐린 나노섬유는 과성장을 막기 위해 암모늄 퍼설페이트의 양을 조절하여 합성되었다. 나노섬유는 서로서로 산호처럼 복잡하게 연결되어 3차원 네트워크 구조를 형성하고 아닐린의 농도에 따라 나노섬유의 바깥가지 부분의 공극뿐만 아니라 안쪽에서 많은 공극을 가지고 있다. 나노섬유의 공극(섬유와 섬유간에 형성된 공간)은 방오효소 고정화에서 큰 역할을 한다. 폴리아닐린 나노섬유의 BET (Brunauer-Emmett-Teller equation) 표면적은 58.4 m2/g이고 평균 공극 지름은 12.26 nm이었다. 전체 공극부피는 0.179cm3 /g(p/p0=0.990)이었다.
<비교예 1> 방오효소 흡착방법을 이용한 방오효소고정방법(enzyme adsorption, EA)에 따라 방오효소-고분자 나노섬유 복합체 제조
준비예에서 제조된 폴리아닐린 고분자 나노섬유와 방오효소(아실레아제, acylase, AC)를 혼합하여 방오효소가 흡착(enzyme adsorption)된 고분자 나노섬유 복합체를 합성하였다. 구체적으로 상기 제조예에서 제조된 폴리아닐린 고분자 나노섬유 2 mg과 1 ml 의 방오효소를 4 ml의 유리 바이알에서 혼합해 주며, 이때 방오효소는 100 mM의 인산완충액에 10 mg/ml의 농도로 준비하여 사용하였다. 준비된 방오효소-고분자 나노섬유 혼합물은 상온에서 2시간 동안 교반기를 이용하여 150 rpm으로 교반하여 주었다. 이 과정을 통해 방오효소는 고분자 나노섬유의 공극 및 나노섬유의 표면에 흡착을 하게 된다. 미 부착된 방오효소를 제거하고 고분자 나노섬유에 남아있는 미 반응 방오효소 부착 작용기를 capping 해주기 위해, 원심 분리 후 상등액을 제거하고 100 mM Tris 완충액을 이용하여 30분 동안 교반기를 이용하여 200 rpm 으로 교반시켜 주었다. Capping 반응 종료 후, 남은 Tris 완충액을 제거하기 위해 100 mM 인산완충액을 이용하여 씻어 주었다.
<비교예 2> 방오효소 흡착 후 가교결합 방법을 이용한 방오효소고정방법(Enzyme adsorption and crosslinking, EAC)에 따라 방오효소-고분자 나노섬유 복합체 제조
준비예의 폴리아닐린 고분자 나노섬유와 방오효소(아실레아제, acylase, AC)를 혼합하여 방오효소가 흡착 후 가교결합(enzyme adsorption and crosslinking)된 고분자 나노섬유 복합체를 합성하였다. 구체적으로 상기 제조예에서 제조된 폴리아닐린 고분자 나노섬유 2 mg과 1 ml 의 방오효소를 4 ml의 유리 바이알에서 혼합해 주며, 이때 방오효소는 100 mM의 인산완충액에 10 mg/ml의 농도로 준비하여 사용하였다. 준비된 방오효소-고분자 나노섬유 혼합물은 상온에서 2시간 동안 교반기를 이용하여 150 rpm으로 교반하여 주었다. 이 과정을 통해 방오효소는 고분자 나노섬유의 공극 및 표면에 흡착을 하게 된다. 이후 흡착된 방오효소간의 공유결합을 통한 가교결합을 유도하기 위해 가교결합제인 글루타알데히드를 전체부피의 0.5 %가 되도록 첨가해 주었다. 충분한 가교결합을 위해 4 ℃ 조건에서 17시간동안 로커를 이용하여 50 rpm으로 교반시켜 주었다. 미 부착된 방오효소를 제거하고 고분자 나노섬유에 남아있는 미 반응 방오효소 부착 작용기를 capping 해주기 위해, 원심 분리 후 상등액을 제거하고 100 mM Tris 완충액을 이용하여 30분 동안 교반기를 이용하여 200 rpm 으로 교반시켜 주었다. Capping 반응 종료 후, 남은 Tris 완충액을 제거하기 위해 100 mM 인산완충액을 이용하여 씻어 주었다.
<실시예 1> 방오효소 흡착 및 석출 후 가교결합 방법을 이용한 방오효소고정방법(Enzyme adsorption, precipitation and crosslinking, EAPC)에 따라 방오효소-고분자 나노섬유 복합체 제조
준비예의 폴리아닐린 고분자 나노섬유와 방오효소(아실레아제, acylase, AC)를 혼합하여 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합(enzyme adsorption, precipitation and crosslinking)된 고분자 나노섬유 복합체를 합성하였다. 구체적으로 상기 제조예에서 제조된 폴리아닐린 고분자 나노섬유 2 mg과 1 ml 의 방오효소를 4 ml의 유리 바이알에서 혼합해 주며, 이때 방오효소는 100 mM의 인산완충액에 10 mg/ml의 농도로 준비하여 사용하였다. 준비된 방오효소-고분자 나노섬유 혼합물은 상온에서 2시간 동안 교반기를 이용하여 150 rpm으로 교반하여 주었다. 이 과정을 통해 방오효소는 고분자 나노섬유의 공극에 흡착을 하게 된다. 이후 석출화제인 암모늄설페이트용액을 첨가하여 용액내의 암모늄설페이트의 농도 45 %(v/v)가 되도록 하며, 암모늄설페이트 용액의 조성은 60 %(w/v)가 되도록 암모늄설페이트를 증류수에 용해시켜 사용된다. 석출화제가 혼합된 용액은 30분 동안 교반기를 이용하여 상온에서 150 rpm으로 교반시켜 주었다. 이후 흡착 후 석출된 방오효소간의 공유결합을 통한 가교결합을 유도하기 위해 가교결합제인 글루타알데히드를 전체부피의 0.5 %가 되도록 첨가해 주었다. 충분한 가교결합을 위해 4 ℃조건에서 17시간동안 로커를 이용하여 50 rpm으로 교반시켜 주었다. 미 부착된 방오효소를 제거하고 고분자 나노섬유에 남아있는 미 반응 방오효소 부착 작용기를 capping 해주기 위해, 원심 분리 후 상등액을 제거하고 100 mM Tris 완충액을 이용하여 30분 동안 교반기를 이용하여 200 rpm 으로 교반시켜 주었다. Capping 반응 종료 후, 남은 Tris 완충액을 제거하기 위해 100 mM 인산완충액을 이용하여 씻어 주었다. 이러한 과정을 통해 제조된 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유 복합체 (EAPC-AC/PANF)는 사용시까지 4 ℃에 보관하면 활성의 감소 없이 사용시까지 보관이 가능하다.
<실시예 2> 방오효소-고분자나노섬유 복합체의 방오효소 활성 및 안정성 측정.
상기 실시예 1 및 비교예 1, 2를 통해 제조된 방오효소가 흡착된 고분자 나노섬유 복합체(EA-AC/PANF), 방오효소가 흡착 후 가교결합된 고분자 나노섬유 복합체(EAC-AC/PANF), 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF) 복합체의 방오효소 활성을 UV/Vis-분광광도계 (ultraviolet/visible spectrophotometer, Shimadzu UV-2450)를 이용하여 측정하였다.
구체적으로 4에서 보관중이던 방오효소-고분자 나노섬유 복합체를 100 mM 인산완충액을 이용하여 고분자 나노섬유 무게 기준 0.05 mg/ml로 희석시켜 준비하였다. 그리고 반응 용액으로 10 mM의 N-아세틸-L-메티오닌(N-acetyl-L-methionine)을 준비하며 이때의 용액 조성은 1.9125 mg의 N-아세틸-L-메티오닌을 100 mM 인산완충액에 용해시켜 사용한다. 이렇게 만들어진 두 가지 용액을 이용하여 방오효소의 활성을 측정하였다. 방오효소의 활성을 측정하기 위해 250 ul의 방오효소-고분자 나노섬유 복합체와 750 ul의 10 mM의 N-아세틸-L-메티오닌용액을 혼합하여 UV/Vis-분광광도계를 이용하여 238 nm에서의 흡광도를 측정하였다.
도 5는 UV/Vis-분광광도계를 이용한 방오효소가 흡착된 고분자 나노섬유 복합체(EA-AC/PANF, 비교예 1), 방오효소가 흡착 후 가교결합된 고분자 나노섬유 복합체(EAC-AC/PANF, 비교예 2), 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF, 실시예 1) 복합체의 초기 활성(initial rate)을 측정한 값으로서, 도 6은 이를 그래프로 나타낸 것이다. EA, EAC 그리고 EAPC의 활성은 각각 51.56, 51.87 그리고 185.19 mM/min이다. EAPC의 활성이 EA나 EAC보다 2.7 배 가량 크게 확인이 되었다. 이는 석출법을 이용하여 석출된 방오효소로 인해 더 많은 양의 방오효소가 고정화 되고 가교결합제를 이용하여 더 높은 활성을 보이는 것이다.
도 5은 도 6의 실험 결과를 표로 나타낸 것으로서, EA-AC/PANF, EAC-AC/PANF, EAPC-AC/PANF 샘플의 활성을 측정한 결과가 도 5의 표에 정리된 것이고, 도 6의 좌측은 이를 그래프로 나타낸 것이고, 우측 그래프는 활성 확인 첫날의 활성값을 100으로 했을 때 활성의 상대값을 나타낸 것이다.
도 6을 통해 확인할 수 있듯이 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF) 복합체는 다른 물질에 비해 활성이 높을 뿐만 아니라 안정성도 뛰어난 것으로 확인이 되었다. 방오효소-고분자 나노섬유 복합체를 실온조건 100mM 인산완충액에서 교반기를 이용하여 200rpm으로 지속적으로 교반시켜 주면서 활성을 측정한 결과, EA, EAC의 활성반감기는 각각 3일, 4일 미만인 것으로 확인 되었지만 EAPC는 150일이 지난 현재까지 활성이 90% 이상 유지되어 안정화된 활성을 보여주고 있다.
이러한 결과들은 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF) 복합체를 방오 물질로 개선 및 변형하여 사용할 경우 지속적인 방오성능을 보여줄 것으로 예상된다.
<실시예 4> 방오효소-고분자나노섬유 복합체와 라텍스(latex) 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물의 방오효소 활성 및 안정성 측정.
상기 실시예 1의 방오호소-고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF) 복합체와 라텍스(latex)를 이용한 방오용 도료 조성물을 준비하고 방오 효과를 확인하기 위해 오염이 유도되어 바이오 필름(Biofilm)이 형성되는 조건에서 확인 실험을 진행하여 현미경을 통해 그 효과를 관찰하였다.
구체적으로 도료의 도포가 가능한 종이테이프를 준비하여 도료가 잘 발릴 수 있도록 표면을 사포로 거칠게 만들어 주었다. 방오용 도료 조성물의 방오 효과를 확인하기 위해 아무 처리도 되지 않은 종이테이프 샘플(A), 라텍스 도료만을 도포한 종이테이프 샘플(B), 그리고 방오효소-고분자나노섬유 복합체(실시예 1)와 라텍스 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물을 도포한 종이테이프 샘플(C)을 준비하여 실험에 사용하였다(도 7). 방오효소-고분자나노섬유 복합체와 라텍스 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물의 조성은 고분자나노섬유 무게기준 1 mg/ml의 방오효소-고분자나노섬유 복합체 용액 0.5 ml와 아크릴이미드(acrylamide)수지의 라텍스 페인트 2 ml을 혼합하여 준비하였다
상기 서술된 각각의 샘플을 오염이 유도되어 biofouling 현상을 일으키는 biofilm이 잘 형성되는 조건으로, 40 ml의 합성 폐수와 1 ml의 미생물(Pseudomonas Aureginosa)이 혼합된 용액에 보관 후 상온에서 200 rpm으로 교반하는 조건으로 반응시켰다. 이렇게 보관된 샘플의 표면을 광학현미경을 통해 관찰하였고 100 배 확대된 이미지를 도 8을 통해 확인할 수 있다.
도 7에 준비된 샘플을 이용하여 실험을 한 결과를 도 8에서 확인할 수 있듯이, 아무 처리도 되지 않은 종이테이프 샘플(A)의 경우, 1일 경과 후 작은 구형의 반점 모양의 응집물질이 관찰되기 시작하였고, 3일 이후에는 연하게 관찰되던 응집 물질이 군데군데 진하게 관찰 되었으며, 5일 이후에는 주위에 모여 있는 응집물질들이 연결되는 모습을 관찰 할 수 있었다. 이러한 현상은 7일 째 더욱 심해지는 것으로 보아 형성된 biofilm이 시간이 지남에 따라 지속적으로 성장을 하는 것으로 확인이 되었다.
라텍스 도료만을 도포한 종이테이프 샘플(B)의 경우, 3일째 까지는 실험을 처음 시작할 때과 같은 이미지가 확인 되었으며, 5일 경과 후 작은 구형의 반점 모양의 응집물질이 관찰되기 시작하였고, 7일 이후에는 연하게 관찰되던 응집 물질이 군데군데 진하게 관찰되기 시작하였다. 이러한 결과는 물질의 표면에 라텍스 도료만 도포함으로써 어느 정도 방오 효과를 나타내었으나, 일주일 경과 후 응집물질이 관찰되기 시작하는 것으로 보아 지속적으로 biofouling 현상을 방지할 수는 없다는 결과를 얻을 수 있었다.
방오효소-고분자나노섬유 복합체와 라텍스 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물을 도포한 종이테이프 샘플(C)의 경우, 처음 관찰된 모습 그대로의 표면을 유지하면서 4주동안 표면이 오염되지 않는 결과를 확인할 수 있었다. 이는 방오용 도료 조성물에 포함되어 있는 방오효소-고분자나노섬유 복합체의 anti-biofouling 효과에 의해 표면에 biofilm이 형성 되는 것을 방지한 결과로, 이를 통해 실제 방오용 도료 조성물이 도포가 가능한 모든 분야에서 훌륭한 방오 작용을 할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은 우수한 방오효과를 가지므로 방오용 도료조성물 분야에서 유용하게 활용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 매트릭스의 섬유간 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 방오효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 방오효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체;를 포함하는 방오용 도료조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 3차원 네트워크 섬유는 마이크로 섬유 또는 나노섬유인 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 3차원 네트워크 섬유는 상기 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 쉘은 멀티레이어 효소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방오효소는 아실라제, 락토나제, 프로테아제, 퍼옥시데아제, 아미노펩티다아제, 포스파타아제, 트렌스아미나아제, 세린-엔도펩티다아제, 시스테인-엔도펩티다아제 및 메탈로엔도펩티다아제로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복합체를 0.001 ~ 50중량% 포함하는 방오용 도료조성물.
  7. (1) 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 매트릭스에 방오효소를 첨가시키는 단계;
    (2) 상기 매트릭스의 공극내부에 첨가된 방오효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; 및
    (3) 상기 방오효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 방오효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계; 및
    (4) 도료에 상기 복합체를 첨가하는 단계를 포함하는 방오용 도료조성물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 석출화제는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합한 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가교결합제는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 상기 석출화제 및 가교결합제를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물의 제조방법.
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