KR20130128243A - Organic/inorganic hybrid precursor for supporting hydrophobic antibacterial material and method for preparing the antibacterial film by using thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 친수성 세그먼트와 소수성 세그먼트를 동시에 가지며, 알콕시실란기를 가지는 유/무기 하이브리드(Organic/inorganic hybrid) 형태의 반응성 전구체및 상기 반응성 전구체를 이용하여 졸-겔 반응을 통해 소수성 항균 물질 담지능을 가지는 항균 필름에 관한 것이다.
The present invention relates to a reactive precursor of an organic / inorganic hybrid type having both a hydrophilic segment and a hydrophobic segment and having an alkoxysilane group and a reactive precursor having an alkoxysilane group, And an antibacterial film.
최근 생활수준 및 생활환경의 향상에 힘입어 제품의 편리성 및 유용성을 벗어나 청결, 안전성을 추구하는 것이 사회적 현상으로 나타나면서 항균제를 이용한 항균제품, 항균 가전제품 및 신선한 선도를 유지할 수 있는 제품 등의 수요가 급증하고 있으며, 해외에서 수입되는 재료의 종류와 양이 증가함에 따라 재료의 포장 및 유통과정 중 미생물에 의해 발생할 수 있는 오염 및 부패를 방지할 수 있어야 한다.Recently, it has become a social phenomenon to pursue cleanliness and safety beyond the convenience and usefulness of products due to the improvement of living standards and living environment. Antibacterial products using antibacterial agents, antibacterial household appliances and products capable of maintaining fresh lead Demand is soaring and as the type and quantity of materials imported from abroad increases, it must be able to prevent contamination and corruption that may be caused by microorganisms during packaging and distribution of materials.
항균 포장은 다양한 항균성을 포장재에 부여한 것으로서 이에 의해 재료의 저장 기간을 증가시킬 수 있다. 이 중 재료의 포장소재 자체에 항균성을 부여하는 방식은 보존제나 항균물질을 직접 재료에 첨가하는 것에 비하여 항균물질의 전이 속도를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 2차 오염을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 포장소재 필름에 항균물질을 첨가하는 방법에는, 먼저 항균물질을 고분자 용액에 첨가한 다음 대상물에 직접 도포 또는 분사하여 피막을 형성하는 코팅(coating)법과 지지체 위에 고분자 용액을 부어 주조하는 방법인 캐스팅(casting)법, 그리고 플라스틱 고분자 분말과 항균 물질을 혼합하여 가열 압착 또는 압출 성형하여 필름을 제조하는 방법이 있으며, 가장 효율적인 공정은 생산 공정이 간단하고 생산 비용이 저렴한 코팅(coating)법이다. 코팅하는 방법에는 sputtering, CVD (chemical vapour deposition), ion implantation, vacuum deposition 방법 등이 있으나 이들 방법은 실험 장치 및 비용이 많이 드는 단점이 있다. 이에 대한 대안으로 졸-겔 공정을 이용하여 코팅을 하는 방법이 있는데, 이는 균일성이 높고 고순도화가 가능하며 저온합성이 가능하기 때문에 에너지 절약·증발 손실 감소·대기오염 감소 및 용기와의 반응 방지 등이 가능하다는 장점이 있다. Antimicrobial packaging has various antimicrobial properties imparted to the packaging material, thereby increasing the shelf life of the material. Among them, the method of imparting the antimicrobial property to the material itself is advantageous in that it can control the transfer rate of the antimicrobial substance as well as the secondary contamination as compared with the case of adding preservative or antimicrobial substance directly to the material. Methods for adding an antimicrobial substance to a film of a packaging material include a coating method in which an antimicrobial substance is first added to a polymer solution and then a coating is formed by directly applying or spraying the antimicrobial substance onto the object and a casting method casting method, and a method of producing a film by mixing a plastic polymer powder and an antimicrobial material and heating or pressing or extruding the same. The most efficient process is a coating method which is simple in production process and low in production cost. There are sputtering, chemical vapor deposition (CVD), ion implantation, and vacuum deposition methods. However, these methods have disadvantages such as experimental equipment and costly disadvantages. As an alternative to this, there is a coating method using a sol-gel process, which can provide high uniformity and high purity and can be synthesized at a low temperature, thus saving energy, reducing evaporation loss, reducing air pollution, Is possible.
필름 제조 시 사용되는 항균물질은 화학적으로 안정된 구조를 가지고 있어야 하며, 오랫동안 유통 중에도 식품 내로 적절하게 유입되어 야하며, 더불어 합성되더라도 안전성이 보장되어야 한다. 또한, 상이한 미생물에 걸쳐 넓은 활성 스펙트럼과 고등 유기체에 대해 낮은 독성 프로파일을 가져야 한다. 지금까지 염소계 물질, 유기계 물질, 무기계(Ag, Zn, Cu 등) 물질 등 수많은 항균 물질이 개발, 이를 응용한 항균 제품들이 출시되어 왔으나 세포독성, 안정성, 용출 등의 문제로 인해, 최근에는 이러한 문제점들을 보완하기 위하여 인체에 무해하고 보다 친환경적인 식물유래 천연추출물 혹은 천연 항균 물질에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 그러나 현재까지 항균제로서 천연소재를 사용하여 항균필름을 제조하는 연구는 미비한 실정이며, 양친성 고분자를 이용한 항균필름 제조 및 개발에 대한 논문이나 특허 보고는 거의 없다. The antimicrobial material used in the production of the film should have a chemically stable structure, and should be properly introduced into the food even during distribution for a long time, and safety should be ensured even if it is synthesized. It should also have a broad spectrum of activity across different microorganisms and a low toxicity profile for higher organisms. So far, many antimicrobial materials such as chlorine, organic, inorganic (Ag, Zn, Cu) have been developed and applied. However, due to problems of cytotoxicity, stability and dissolution, Researches are being actively conducted on natural extracts or natural antimicrobial substances which are harmless to the human body and are more environmentally friendly. However, until now, there have been no studies to produce antibacterial films using natural materials as antimicrobial agents, and there are few reports and patent reports on the production and development of antibacterial films using amphiphilic polymers.
따라서 본 발명에서는 보다 손쉽고 간편하면서도 고농도의 소수성 천연 항균물질을 함유한 유/무기 하이브리드 항균물질을 유/무기 하이브리드 형태의 양친성 고분자를 사용, 졸-겔 반응을 통해서 제조하고 이를 이용하여서 천연 항균제가 담지된 유/무기 하이브리드 물질 상온에서 1회(One-shot)공정으로 경화시켜 항균 필름을 제조할 수 있는 방법을 개발하였다.
Therefore, in the present invention, an organic / inorganic hybrid antimicrobial material containing a hydrophobic natural antimicrobial substance at a high concentration is easily and conveniently prepared by using an amphipathic polymer in the form of an organic / inorganic hybrid, through a sol-gel reaction, A method for producing an antibacterial film by curing by a one-shot process at room temperature (a supported organic / inorganic hybrid material) was developed.
본 발명에서는 양친성 고분자와 알콕시실란기가 동시에 존재하는 유/무기 하이브리드 형태의 반응성 전구체를 합성하고, 이를 이용하여서 졸-겔 반응을 통해 1회(One-shot) 공정으로 소수성 천연 항균 물질이 담지된 유/무기 하이브리드 형태의 항균 필름을 제조하는 데 목적이 있다.
In the present invention, an organic / inorganic hybrid type reactive precursor in which an amphiphilic polymer and an alkoxysilane group are present at the same time is synthesized, and a hydrophobic natural antimicrobial substance is supported by a one-shot process through a sol- The objective of the present invention is to produce an antibacterial film in the form of an organic / inorganic hybrid.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 양친성 고분자와 알콕시실란기가 동시에 존재하는 유/무기 하이브리드 형태의 반응성 전구체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an organic / inorganic hybrid type reactive precursor in which an amphiphilic polymer having a structure represented by the following general formula (1) and an alkoxysilane group are simultaneously present.
(상기 화학식 1에서,(In the formula 1,
상기 A는 소수성 세그먼트와 3개 이상의 히드록시기를 포함하는 물질로서, 상기 B의 이소시아네이트기와 반응하여 우레탄 결합이 형성되고;A is a substance comprising a hydrophobic segment and three or more hydroxyl groups, and reacts with the isocyanate group of B to form a urethane bond;
상기 B는 2개 이상의 이소시아네이트기를 포함하는 물질로서, 하나의 이소시아이트기는 상기 A의 히드록시기와 반응하여 우레탄 결합이 형성되고, 다른 하나는 상기 C의 히드록시기 또는 아민기와 반응하여 우레탄 결합 또는 우레아 결합이 형성되거나, 상기 D의 히드록시기와 반응하여 우레탄 결합이 형성되고;Wherein B is a substance containing at least two isocyanate groups, one isocyanate group reacts with the hydroxyl group of A to form a urethane bond, and the other reacts with the hydroxyl group or amine group of the C to form a urethane bond or a urea bond Or reacts with the hydroxyl group of D to form a urethane bond;
상기 C는 히드록시기를 가진 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트로서, 히드록시기는 상기 B의 이소시아네이트기와 반응하여 우레탄 결합이 형성되고;Wherein C is an acrylate or methacrylate having a hydroxyl group, the hydroxy group reacts with the isocyanate group of B to form a urethane bond;
상기 D는 친수성 세그먼트와 2개 이상의 히드록시기를 포함하는 물질로서, 상기 B의 이소시아네이트기와 반응하여 우레탄 결합이 형성됨)Wherein D is a substance comprising a hydrophilic segment and two or more hydroxy groups, and reacts with the isocyanate group of B to form a urethane bond)
또한, 본 발명은 상기 반응성 전구체를 이용하여 졸-겔 반응을 통해 다양한 소수성 항균 물질을 담지 할 수 있는 유/무기 하이브리드 형태의 나노 입자를 제공한다.
The present invention also provides an organic / inorganic hybrid nanoparticle capable of supporting various hydrophobic antimicrobial substances through a sol-gel reaction using the reactive precursor.
본 발명에서는 양친성 고분자와 알콕시실란기가 동시에 존재하는 유/무기 하이브리드 형태의 반응성 전구체를 합성하고 이를 이용하여서 졸-겔 반응을 통해 1회(One-shot)공정으로 소수성 천연 항균물질이 담지된 유/무기 하이브리드 형태의 물질를 제조함으로써, 소수성 천연 항균 물질이 담지된 투명하면서도 균일한 항균 필름을 제공한다.
In the present invention, an organic / inorganic hybrid type reactive precursor in which an amphipathic polymer and an alkoxysilane group are present at the same time is synthesized, and a hydrophobic natural antimicrobial substance is supported on a one-shot process through a sol- / Inorganic hybrid type material to provide a transparent and uniform antibacterial film carrying a hydrophobic natural antimicrobial substance.
도 1은 본 발명에 따른 양친성 고분자와 알콕시실란기가 동시에 존재하는 유/무기 하이브리드 형태의 반응성 전구체의 다이어그램이다.
도 2는 본 발명에 따라 합성된 유/무기 하이브리드 형태의 반응성 전구체 입자를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명에 따라 합성된 유/무기 하이브리드 형태의 양친성 반응성 전구체와 테트라에틸 오르토실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 이용하여 용매에 용해시켜 졸-겔 반응시켜 제조된 가용성 실리카(Soluble Silica)형태의 하이브리드 물질을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 1회(One-shot)공정으로 제조된 소수성 천연 항균 물질이 담지된 유/무기 하이브리드 형태의 물질과 이를 경화시켜 제조된 항균 필름을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 소수성 천연 항균 물질이 담지된 유/무기 하이브리드 형태의 물질의 항균 활성을 나타낸 사진이다.1 is a diagram of a reactive precursor in an organic / inorganic hybrid form in which an amphiphilic polymer and an alkoxysilane group are simultaneously present according to the present invention.
Fig. 2 is a photograph showing reactive precursor particles of an organic / inorganic hybrid type synthesized according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the results of solubilized silica prepared by dissolving an amphipathic reactive precursor synthesized according to the present invention in an organic / inorganic hybrid form and tetraethyl orthosilicate (TEOS) Type hybrid material.
FIG. 4 is a photograph showing an organic / inorganic hybrid material on which a hydrophobic natural antimicrobial substance manufactured by a one-shot process is supported according to the present invention and an antibacterial film prepared by curing the same.
FIG. 5 is a photograph showing antimicrobial activity of an organic / inorganic hybrid material on which a hydrophobic natural antimicrobial substance prepared according to the present invention is supported.
본 발명은 소수성 세그먼트와 친수성 세그먼트를 동시에 가지면서 알콕시 실란기가 결합된 고분자를 합성하고, 이를 전구체로 사용하여 전형적인 졸-겔 반응을 통해 소수성 천연 항균 물질 담지능을 가지면서 수분산성을 가지는 유/무기 하이브리드 형태의 물질을 제조하는 데 특징이 있다.The present invention relates to a process for synthesizing a polymer having a hydrophobic segment and a hydrophilic segment at the same time and having an alkoxysilane group bonded thereto and using the polymer as a precursor to form a hydrophilic segment having hydrophilic natural antibacterial substance- It is characterized by the production of materials in the form of hybrids.
본 발명에 따른 알콕시 실란기가 결합된 고분자 전구체는 하기 화학식 1에 보이는 바와 같이 A, B, C, D의 네 종류 물질이 화학결합되어 구성된 유기알콕시실란이다.The alkoxysilane group-bonded polymer precursor according to the present invention is an organoalkoxysilane formed by chemically bonding four kinds of materials A, B, C and D as shown in the following Chemical Formula 1.
[화학식 1] [Formula 1]
도 1은 상기 화학식 1의 물질간 결합 구조를 나타내는 다이어그램이다.FIG. 1 is a diagram showing a bonding structure between the materials of Formula 1. FIG.
도 1을 참조하여 상기 화학식 1을 설명하면,Referring to FIG. 1,
상기 A는 소수성 세그먼트 및 3개 이상의 히드록시기를 가지는 물질로, 각각의 히드록시기는 이소시아네이트기와 반응하여 우레탄 결합을 형성한다. 상기 특징을 가지고 있는 물질이라면 모두 본 발명에 적용될 수 있으나, 바람직하게는 폴리프로필렌 트리올 또는 글리세롤을 포함한다.A is a substance having a hydrophobic segment and three or more hydroxyl groups, and each of the hydroxyl groups reacts with an isocyanate group to form a urethane bond. Any material having the above characteristics may be applied to the present invention, but preferably includes polypropylene triol or glycerol.
본 발명에 있어서 폴리프로필렌 트리올은 글리세롤에 프로필렌 에테르기가 결합 확장된 구조로 올리고머, 폴리머를 포함한다. 폴리프로필렌 트리올의 분자량을 조절하면 제조되는 복합 나노 입자의 크기를 다양하게 조절할 수 있다.In the present invention, the polypropylene triol includes an oligomer and a polymer in which a propylene ether group is bonded and extended to glycerol. By controlling the molecular weight of the polypropylene triol, the size of the composite nanoparticles produced can be varied.
상기 B의 역할은 A와 C, A와 D 를 매개하는 역할로서 2개 이상의 이소시아네이트기를 가지는 물질이다. 하나의 이소시아네이트기는 상기 A의 히드록시기와 우레탄 결합을 형성하고, 다른 이소시아네이트기는 상기 C 또는 D의 히드록시기와 우레탄 결합을 형성하거나, 또는 상기 C의 아민기와 반응하여 우레아 결합을 형성한다. 상기 B로는 트리이소시아네이트도 적용 가능하나, 바람직하게는 디이소시아네이트가 사용될 수 있다. 상기 디이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 톨리딘 디이소시아네이트 등 우레탄 합성에 사용되는 물질이면 모두 적용될 수 있다.The role of B is mediated by A and C, A and D, and is a substance having two or more isocyanate groups. One isocyanate group forms a urethane bond with the hydroxyl group of the A and the other isocyanate group forms a urethane bond with the hydroxyl group of the C or D or reacts with the amine group of the C to form a urea bond. As the B, triisocyanate is also applicable, but diisocyanate can be preferably used. The diisocyanate may be any material used for urethane synthesis such as toluene diisocyanate (TDI), isophorone diisocyanate, methylene diisocyanate, methylene diphenyl diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, xylene diisocyanate, tolylidine diisocyanate have.
상기 C는 상기 B와 결합하는 작용기로 히드록시기 또는 아민기를 가지며, 졸-겔 반응에 따른 유기실리카 나노 입자 형성를 위하여 유기알콕시실란기를 동시에 가지는 물질이다.C is a functional group which binds to B and has a hydroxyl group or an amine group and is a substance having an organic alkoxysilane group simultaneously to form an organic silica nanoparticle according to a sol-gel reaction.
상기 D는 수분산성을 위한 친수성 세그먼트를 가지는 데 특징이 있으며, 2개 이상의 히드록시기를 가짐으로서 상기 B의 이소시아네이트기와 우레탄 결합을 형성한다. 바람직한 물질로는 폴리에틸렌 글리콜을 포함한다.The D is characterized by having a hydrophilic segment for water dispersibility and has urethane bond with the isocyanate group of the B having two or more hydroxy groups. Preferred materials include polyethylene glycol.
본 발명에 적용될 수 있는 A, B, C, D 의 대표 물질을 하기 표 1에 나타내었다.Representative materials of A, B, C, and D applicable to the present invention are shown in Table 1 below.
AA
m=1~50, n=0~50, p=0~50
m = 1 to 50, n = 0 to 50, p = 0 to 50
BB
2,6-톨루엔 2,6-toluene
디이소시아네이트Diisocyanate
CC
CC
DD
상기 화학식 1과 같은 구조를 가지는 양친성 고분자와 알콕시실란기가 동시에 존재하는 유/무기 하이브리드 형태의 반응성 전구체 합성은 다음과 같은 공정을 통해 수행된다.
The synthesis of reactive precursors in the organic / inorganic hybrid form in which the amphiphilic polymer having the structure of Formula 1 and the alkoxysilane group are present at the same time is carried out through the following process.
알콕시 실란기가 결합된 양친성 고분자 전구체의 합성Synthesis of Amphiphilic Polymer Precursor with Alkoxysilane Groups
제1단계:Step 1:
질소 분위기 하에서, 소수성 세그먼트와 3개 이상의 히드록시기를 가지는 물질 A와, 2개 이상의 이소시아네이트기를 가지는 물질 B를 1:3의 반응 몰비로 하여서 70 에서 4시간 동안 교반 반응시켜 A, B 간에 우레탄 결합을 형성시킨다.Under a nitrogen atmosphere, a material A having a hydrophobic segment, three or more hydroxyl groups and a substance B having two or more isocyanate groups was reacted at a molar ratio of 1: 3 for 4 hours at 70 to form a urethane bond between A and B .
제2단계:Step 2:
상기 제1단계에서 얻어진 합성물에 아민기와 알콕시실란기 또는 히드록시기와 알콕시실란기를 동시에 가지는 물질 C를 첨가하여 반응시켜 B, C 간에 우레탄 또는 우레아 결합을 형성시킨다. 상기 제1 단계에서 합성된 물질 C의 반응 몰비는 대해서 1몰비로 한다.A substance C having both an amine group and an alkoxysilane group or a hydroxyl group and an alkoxysilane group is added to the compound obtained in the first step and reacted to form a urethane or urea bond between B and C. The reaction molar ratio of the material C synthesized in the first step is set at 1 molar ratio.
제3단계:Step 3:
상기 제2단계에서 얻어진 합성물에 친수성 세그먼트와 히드록시기를 가지는 물질(D), 바람직하게는 분자량이 600 ~ 15,000인 폴리에틸렌옥시드를 1몰비로 첨가하여 교반 반응시켜 B, D 간에 우레탄 결합을 형성시켜 실리카 전구체를 합성한다.(D) having a hydrophilic segment and a hydroxy group, preferably polyethylene oxide having a molecular weight of 600 to 15,000, is added to the resultant mixture obtained in the second step at a molar ratio of 1: 1 to form a urethane bond between B and D, The precursor is synthesized.
본 발명자는 본 발명에서 합성된 알콕시 실란기가 결합된 양친성 고분자 전구체를 Amphiphilic Polymeric Alkoxy Silane의 약어로 하여 APAS로 명명하였다.
The present inventor named the amphiphilic polymer precursor having an alkoxysilane group bonded thereto synthesized in the present invention as an abbreviation of Amphiphilic Polymeric Alkoxy Silane and named APAS.
본 발명에 따른 항균 필름은 알콕시실란기가 존재하는 양친성 고분자 전구체(APAS)와 4관능성 실란화합물인 테트라에틸 오르토실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 유기용매 또는 물혼합용매 하에서 졸-겔 반응시켜 제조되는 것이 바람직하다. 테트라에틸 오르토실리케이트은 양친성 고분자 전구체(APAS)와 졸-겔 반응을 통하여 더욱 복잡한 구조를 제공함으로써 담지된 소수성 항균성분이 필름 밖으로 이탈되는 것을 방지하는 한편, 필름 형성에 요구되는 물성을 제공하게된다.
The antimicrobial film according to the present invention is produced by sol-gel reaction of an amphipathic polymer precursor (APAS) in which an alkoxysilane group exists and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as a tetrafunctional silane compound in an organic solvent or a water mixed solvent . Tetraethylorthosilicate provides a more complex structure through a sol-gel reaction with the amphiphilic polymer precursor (APAS), thereby preventing the supported hydrophobic antimicrobial component from escaping out of the film while providing the physical properties required for film formation.
실시예Example 1: One: 알콕시실란기가When the alkoxysilane group is 존재하는 Present 양친성Amphibian 고분자 전구체( Polymer precursor ( APASAPAS )의 합성) Synthesis of
질소 분위기 하에서, 분자량이 260인 폴리프로필렌 트리올과 2,4-톨루엔 디이소시아네이트를 1:3 반응 몰비로 하여 약 45 ~ 50 ℃에서 4시간 동안 교반 반응시켰다.Under a nitrogen atmosphere, a reaction was carried out with a polypropylene triol having a molecular weight of 260 and 2,4-toluene diisocyanate at a molar ratio of 1: 3 at about 45 to 50 ° C for 4 hours.
상기 단계를 통해서 얻어진 합성물에 히드록시 에틸 메타아크릴레이트를 1:2 반응 몰비로 첨가하여 교반 반응시켰다.Hydroxyethyl methacrylate was added to the resultant mixture at a molar ratio of 1: 2, followed by stirring.
상기 단계에서 얻어진 합성물에 분자량이 1500인 폴리에틸렌옥시드를 1 몰비로 첨가하여 교반 반응시킴으로써 알콕시실란기가 존재하는 양친성 고분자 전구체(APAS)를 합성하였다.An amphipathic polymer precursor (APAS) having an alkoxysilane group was synthesized by adding polyethylene oxide having a molecular weight of 1,500 at a molar ratio of 1: 5 and stirring the resultant.
도 2는 본 실시예에 따라 합성된 양친성 고분자 전구체(APAS) 입자의 사진이다.
2 is a photograph of an amphiphilic polymer precursor (APAS) particle synthesized according to this embodiment.
실시예Example 2 내지 4 : 2 to 4: 양친성Amphibian 고분자 전구체( Polymer precursor ( APASAPAS ) 및 ) And 테트라에틸Tetraethyl 오르토실리케이트( Orthosilicate ( TEOS)를TEOS) 이용한 용해성 실리카( Soluble silica ( SolubleSoluble silicasilica ) 물질 제조) Manufacturing of materials
하기 표 2에 도시된 바와 같이 상기 실시예 1에서 합성된 알콕시실란기가 결합된 양친성 고분자 전구체(APAS) 5 중량부를 에탄올 40중량부/물 10중량부(촉매제로서 HCl 0.01M로 조절됨)가 혼합된 용매에 넣어 완전히 용해한 다음, 4관능성 실란화합물인 테트라에틸 오르토실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS) 각각 5, 15, 30 중량부를 서로 혼합하여 졸-겔 반응을 진행시켰다.As shown in the following Table 2, 5 parts by weight of the alkoxysilane-bonded amphiphilic polymer precursor (APAS) synthesized in Example 1 was mixed with 40 parts by weight of ethanol / 10 parts by weight of water (adjusted to 0.01 M of HCl as a catalyst) , And then 5, 15, and 30 parts by weight of tetraethyl orthosilicate (TEOS), which is a tetrafunctional silane compound, were mixed with each other to proceed sol-gel reaction.
도 3에 보이는 바와 같이 약간의 점성이 있는 실리카(Silica)형태의 유/무기 하이브리드 용액을 제조하였다.As shown in FIG. 3, an organic / inorganic hybrid solution in the form of silica having a slight viscosity was prepared.
Water(HCl 0.01M): 10 중량부Ethanol: 40 parts by weight
Water (HCl 0.01 M): 10 parts by weight
Water(HCl 0.01M): 10 중량부THF: 40 parts by weight
Water (HCl 0.01 M): 10 parts by weight
Water(HCl 0.01M): 10 중량부Acetone: 40 parts by weight
Water (HCl 0.01 M): 10 parts by weight
실시예Example 5 내지 7 : 소수성 항균 물질이 5 to 7: hydrophobic antimicrobial substance 담지된Supported 유/무기 Yu / Weapons 하이브리드hybrid 형태의 물질 제조 Manufacture of materials in the form of
하기 표 3에 도시된 바와 같이 상기 실시예 1에서 합성된 알콕시실란기가 존재하는 양친성 고분자 전구체(APAS) 5 중량부에 에탄올 40중량부/물 10중량부(촉매제로서 HCl 0.01M로 조절됨)가 혼합된 용매에 일정 농도로 용해시킨 후, 소수성 천연 항균 물질인 카바크롤(Carvacrol)과 4관능성 실란화합물인 테트라에틸 오르토실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 첨가, 서로 혼합하여 소수성 항균 물질이 담지된 실리카(Silica)형태의 유/무기 하이브리드 형태의 용액을 제조하였다.As shown in the following Table 3, 40 parts by weight of ethanol / 10 parts by weight of water (adjusted to 0.01 M of HCl as a catalyst) was added to 5 parts by weight of an amphipathic polymer precursor (APAS) having an alkoxysilane group synthesized in Example 1 After dissolving in a mixed solvent at a predetermined concentration, Carvacrol, a hydrophobic natural antibacterial substance, and tetraethyl orthosilicate (TEOS), which is a tetrafunctional silane compound, were added and mixed to prepare a hydrophobic antimicrobial substance A solution in the form of an organic / inorganic hybrid in the form of silica was prepared.
실시예 7에서 제조된 카바크롤 담지 용액을 슬라이드 글라스(Slide Glass)에 얇게 코팅한 다음, 30℃에서 약 1시간 동안 경화시켜 매우 균일하고 투명한 항균 필름을 제조하였다.The carbacol loading solution prepared in Example 7 was thinly coated on a slide glass and then cured at 30 캜 for about 1 hour to prepare a highly uniform and transparent antimicrobial film.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 천연 항균 물질(Carvacrol)이 담지된 항균 필름의 사진이다.4 is a photograph of an antimicrobial film carrying a natural antibacterial substance (Carvacrol) produced according to the present invention.
Water(HCl 0.01M): 10 중량부Ethanol: 40 parts by weight
Water (HCl 0.01 M): 10 parts by weight
Water(HCl 0.01M): 10 중량부THF: 40 parts by weight
Water (HCl 0.01 M): 10 parts by weight
Water(HCl 0.01M): 10 중량부Acetone: 40 parts by weight
Water (HCl 0.01 M): 10 parts by weight
실험예Experimental Example : 항균성 시험: Antimicrobial activity test
상기 실시예 7에서 제조된 카바크롤 담지 물질의 항균 활성을 Paper Diffusion Method에 따라 측정하였다. 멸균된 배양접시(petri dish)에 1×105 cfu/ml의 균주 Staphylococcus aureus , Bacillus cereus , Esherichia coli , Candida albicans 를 각각 준비하고, 페이퍼 디스크(paper disc, 8mm)에 상기 실시예 7에서 제조된 유/무기 하이브리드 물질 40㎕를 흡수경화시킨 후 균을 도말하여 페이퍼 디스크에 올려놓고 세균의 경우 24시간, 진균의 경우 48시간 동안 배양하였다. 배양 후 페이퍼 디스크 주변에 생육저해환(clear zone)이 형성되면 항균활성이 있는 것으로 판단하였다.The antimicrobial activity of the carbachol supported material prepared in Example 7 was measured according to the Paper Diffusion Method. In a sterile petri dish, 1 x 10 < 5 > cfu / ml of Staphylococcus strain aureus , Bacillus cereus , Esherichia coli and Candida albicans were prepared. After 40 μl of the organic / inorganic hybrid material prepared in Example 7 was absorbed and cured on a paper disc (8 mm), the bacteria were streaked and placed on a paper disc. In the case of bacteria, 24 And for 48 hours for fungi. After the incubation, it was judged that there was an antimicrobial activity when a clear zone was formed around the paper disk.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 소수성 항균 물질이 담지된 유/무기 하이브리드 형태의 물질이 균주에 따른 항균 활성을 나타낸 사진이다. 도 5에 보이는 바와 같이 Bacillus cereus(Gram+) 균에서 가장 좋은 항균활성이 나타나는 것을 확인하였다.
FIG. 5 is a photograph showing the antibacterial activity of a substance in the form of an organic / inorganic hybrid on which a hydrophobic antimicrobial substance prepared according to the present invention is supported, according to a strain. As shown in Figure 5, Bacillus cereus (Gram +) showed the best antimicrobial activity.
Claims (8)
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
상기 A는 소수성 세그먼트와 3개 이상의 히드록시기를 포함하는 물질로서, 상기 B의 이소시아네이트기와 반응하여 우레탄 결합이 형성되고;
상기 B는 2개 이상의 이소시아네이트기를 포함하는 물질로서, 하나의 이소시아이트기는 상기 A의 히드록시기와 반응하여 우레탄 결합이 형성되고, 다른 하나는 상기 C의 히드록시기 또는 아민기와 반응하여 우레탄 결합 또는 우레아 결합이 형성되거나, 상기 D의 히드록시기와 반응하여 우레탄 결합이 형성되고;
상기 C는 히드록시기와 알콕시실란기, 또는 아민기와 알콕시실란기를 포함하는 물질로서, 히드록시기 또는 아민기는 상기 B의 이소시아네이트기와 반응하여 우레탄 결합 또는 우레아 결합이 형성되고;
상기 D는 친수성 세그먼트와 2개 이상의 히드록시기를 포함하는 물질로서, 상기 B의 이소시아네이트기와 반응하여 우레탄 결합이 형성됨.)
Reactive precursor of organic / inorganic hybrid form represented by the structure of Formula 1, wherein the amphiphilic polymer and the alkoxysilane group are present at the same time.
[Formula 1]
(In Formula 1,
A is a material containing a hydrophobic segment and at least three hydroxyl groups, and reacted with the isocyanate group of B to form a urethane bond;
Wherein B is a substance containing at least two isocyanate groups, one isocyanate group reacts with the hydroxyl group of A to form a urethane bond, and the other reacts with the hydroxyl group or amine group of the C to form a urethane bond or a urea bond Or reacts with the hydroxyl group of D to form a urethane bond;
Wherein C is a material comprising a hydroxyl group and an alkoxysilane group, or an amine group and an alkoxysilane group, wherein a hydroxyl group or an amine group reacts with the isocyanate group of B to form a urethane bond or a urea bond;
D is a material including a hydrophilic segment and two or more hydroxyl groups, and reacts with the isocyanate group of B to form a urethane bond.)
상기 A는 폴리프로필렌 트리올 또는 글리세롤이고,
상기 B는 디이소시아네이트인, 톨루엔 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 메칠렌 디이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 톨리딘 디이소시아네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 또는 2 이상이고,
상기 C는 메톡시(폴리에틸렌옥시)프로필트리메톡시실란, 히드록시메틸트리에톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 비스(트리메톡시실릴프로필)아민, (3-글리시독시프로필)트리메톡시실란, [2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸]트리메톡시실란으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 또는 2 이상이고,
상기 D는 폴리에틸렌 글리콜인,
양친성 고분자와 알콕시실란기가 동시에 존재하는 유/무기 하이브리드 형태의 반응성 전구체.
The method of claim 1,
A is polypropylene triol or glycerol,
Wherein B is one or two or more selected from the group consisting of toluene diisocyanate, isophorone diisocyanate, methylene diisocyanate, methylene diphenyl diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, xylene diisocyanate, tolidine diisocyanate and ,
C is methoxy (polyethyleneoxy) propyltrimethoxysilane, hydroxymethyltriethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane, bis (trimethoxysilylpropyl) amine, (3-glycidoxypropyl) trimeth Methoxysilane, one or two or more selected from the group consisting of [2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] trimethoxysilane,
D is polyethylene glycol,
Reactive precursor of organic / inorganic hybrid form in which amphiphilic polymer and alkoxysilane group are present at the same time.
(2) 상기 제1단계에 얻어진 물질에 메톡시(폴리에틸렌옥시)프로필트리메톡시실란, 히드록시메틸트리에톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 비스(트리메톡시실릴프로필)아민, (3-글리시독시프로필)트리메톡시실란, [2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸]트리메톡시실란으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 또는 2 이상을 1:1 반응 몰비로 더 첨가하여 교반 반응시키는 제2단계;
(3) 상기 제2단계에서 얻어진 물질에 분자량이 600 ~ 15,000인 폴리에틸렌옥시드를 1:1 반응 몰비로 더 첨가하여 교반 반응시키는 제3단계를 포함하는,
양친성 고분자와 알콕시실란기가 동시에 존재하는 유/무기 하이브리드 형태의 반응성 전구체 제조 방법.
(1) Under nitrogen atmosphere, polypropylene triol or glycerol is a di-compound consisting of toluene diisocyanate, isophorone diisocyanate, methylene diisocyanate, methylene diphenyl diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, xylene diisocyanate, tolidine diisocyanate A first step of stirring at least one isocyanate group with at least one molar ratio of 1: 3;
(2) The process according to any one of (1) to (3) above, wherein the substance obtained in the first step is selected from the group consisting of methoxy (polyethyleneoxy) propyltrimethoxysilane, hydroxymethyltriethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane, bis (trimethoxysilylpropyl) One or more selected from the group consisting of trimethylsilane, trimethoxysilane, trimethoxysilane and [2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] trimethoxysilane is further added at a 1: 1 reaction molar ratio, Second step;
(3) a third step of adding a polyethylene oxide having a molecular weight of 600 to 15,000 to the material obtained in the second step in a 1: 1 reaction molar ratio to stir reaction;
A method of preparing a reactive precursor in an organic / inorganic hybrid form in which an amphiphilic polymer and an alkoxysilane group are present at the same time.
An organic / inorganic hybrid reactive precursor (APAS) and tetraethyl orthosilicate (TEOS) in which an amphiphilic polymer and an alkoxysilane group are present at the same time are subjected to a sol-gel reaction under a solvent. A method for producing an organic / inorganic hybrid material.
A sol-gel reaction of an organic / inorganic hybrid reactive precursor (APAS), tetraethyl orthosilicate (TEOS), and a hydrophobic antimicrobial agent in which an amphiphilic polymer and an alkoxysilane group are present at the same time according to claim 1 Method for producing an organic / inorganic hybrid material, characterized in that the hydrophobic antimicrobial material is carried.
The method of claim 5, wherein the hydrophobic antimicrobial material is carvacrol (Carvacrol), characterized in that the hydrophobic antimicrobial material-supported organic / inorganic hybrid material manufacturing method.
The method of claim 6, wherein the antimicrobial material has antibacterial activity against Bacillus cereus. 6.
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