KR20140006851A

KR20140006851A - 히알루로난 섬유, 이의 제조 방법 및 이의 용도

Info

Publication number: KR20140006851A
Application number: KR1020137020083A
Authority: KR
Inventors: 라디슬레이 부르게르트; 라딤 흐르디나; 데이비드 마세크; 블라디미르 벨레브니
Original assignee: 콘티프로 바이오테크 에스.알.오.
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2014-01-16
Also published as: ES2527546T3; EP2659035A1; US20130309494A1; AR084642A1; CZ302994B6; EP2659035B1; RU2013135904A; JP2014502678A; DK2659035T3; BR112013016727A2; PL2659035T3; CZ20101001A3; WO2012089179A1

Abstract

본 발명은, 선택적으로 금속염 또는 히알루론산 화합물 및 금속 이온을 포함하는 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물의 방사 수용액을 우선 제조한 다음, 상기 방사 수용액을 산, 알코올, 및 10 중량% 이하의 물, 및 선택적으로 금속염을 포함하는 응고조 (coagulation bath)에 투입하여, 바람직하게는 상기 응고조에 잔류 및/또는 연신되는 섬유를 형성한 후, 상기 섬유를 알코올로 세정하고 건조하는, 히알루론산을 기재로 한 섬유의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 섬유를 세정한 후, 금속화조를 이용해 금속 이온을 상기 섬유에 도입할 수 있다. 또한, 본 발명은, 섬유 (모노필라멘트)의 직경이 4 ㎛ 내지 1 mm이며, 선형 중량이 0.1 g/1000 m 내지 30 g/1000 m (0.1 tex 내지 30 tex)이며, 인장 강도가 0.5 cN·dtex^-1 내지 3 cN·dtex^-1이고, 루프 강도가 인장 강도의 20% 내지 80%인 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 기재로 하는 섬유에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 1차 섬유를 2개 내지 50개 포함하는 실크 타우 (silk tow)에 관한 것이다. 아울러, 본 발명은 직물 및 부직포의 생산에서의, 상기 섬유의 용도에 관한 것이다.

Description

히알루로난 섬유, 이의 제조 방법 및 이의 용도{HYALURONAN FIBRES, METHOD OF PREPARATION THEREOF AND USE THEREOF}

본 발명은 습식 및 건-습식 방사 공정에 의해 히알루론산 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이며, 또한 상기 방법에 의해 제조가능하며 직물 가공에 적합한 특성을 가진 섬유에 관한 것이다.

히알루론산 (A)은 계속 반복되어 장쇄 (-4GlcUAβ1-3GlcNAcβ1-)_n을 형성하는 반복적인 교차 단위인 β-(1,3)-D-글루쿠론산 및 β-(1,4)-N-아세틸-D-글루코사민으로 이루어진 선형 고분자전해질의 화학적 구조를 가진다. 각각의 반복 단위는 하나의 카르복실기, 4개의 히드록실기, 및 아세타미드기를 가진다.

1차 및 2차 히드록실기는 중간 정도의 산성이며, 수산화나트륨과 같은 알칼리 이온화에 의해 이온화될 수 있지만, pK_a는 14 이상의 값이다. 카르복실기는 중간산 그룹에 속하며, 알칼리에 의해 염, 예를 들어 히알루론산나트륨과 같은 히알루론산염으로 중화된다. 상기 염과 자유 산 (free acid)의 혼합물을 히알루로난이라고 한다. 예를 들어, 유리 형태 (free form)의 히알루론산은 pK_a가 수중에서는 약 3.45이고, 0.2 M NaCl에서는 2.95로 변한다 (L. Lapcik et al.: Chemicke listy 85, 281-298, 1991).

히알루론산은, 수득한 공급원에 따라, 5·10⁴ g.mol^-1내지 5·10⁶ g.mol^-1의 고분자량이 특징적이다. 이러한 다당류는 염의 형태에서, pH 전 범위에서, 수용성이다.

히알루론산은 치료제의 생체적합성을 개선시키는 다재다능한 표면 물질로서 인식되는, 치료용도로 의도된 독특한 생중합체이다. 예를 들어, 이에 대한 리뷰는 간행물에서 확인할 수 있다 (S. Dumitriu, Polysaccharides : Structural diversity and functional versatility , Marcel Dekker Inc. 1998, ISBN 0824701275).

다당류는 유동하지 않지만, 섬유의 제조에 있어서, 적절한 용매 중의 다당류 용액이 여러 가지 유형의 노즐 (원형 노즐 또는 슬롯 (slot) 노즐 또는 단면이 별형, 구면 삼각형 등과 같이 다양한 노즐)을 통해, 섬유 또는 필름이 형성되는 무-용매 (침전조 (precipitation bath))로 직접 압출되는 경우, 습식 방사를 성공적으로 적용할 수 있다. 상기 습식 방사에 관한 설명은 예를 들어, T.P. Nevell, S.H. Zeronian: Cellulose Chemistry and its Applications. John Wiley & Sons 1985, p. 455 - 479; 또는 J.E. McIntyre: The Chemistry of Fibers. Edward Arnold, London 1971, p.15에서 찾아볼 수 있다.

습식 방사는 소위 건-습식 방사로 변형될 수 있다. 상기 건-습식 방사는 예를 들어, Tencell, Lyocell 등의 유형의 재생 셀룰로오스로 제조된 섬유 또는 일부 방향족 폴리아미드 유형의 방사에 이용된다. 건-습식 방사의 원리는, 노즐에서 나오는 중합체 용액 스트림을 수 mm 내지 수 cm 길이의 에어 갭 (air gap)을 통과시킨 후, 침전조에 투입하는 것이다 (이 기술은 예를 들어 문헌 WO 2000/063470, DE 10331342, JP 2008208480에 기재되어 있음). 히알루론산염의 방사의 경우, 상기 건-습식 방사 기술이 이용된 적은 아직 없다.

히알루론산을 섬유로 방사하는 방법은 공지되어 있으며, 예를 들어 A. Rupprecht (Acta Chem. Scand., B33, No. 10, 1979)는, 0.1 M KCl을 포함하는 75% 내지 80% 에탄올 중에 히알루론산의 칼륨염을 방사하고, 이때 섬유를 디스크 형태로 감아 "공간적으로 배향된" 히알루론산을 포함하는 필름으로 건조함으로써 교차시켰다. 이러한 방사 방식으로는 물론, 직물 산업에서 가공할 수 있는 섬유를 생산하지 못하였다.

또한, E.D.T. Atkins et al. (Biochem . J. 128, 1255-1263, 1972)은, 우선 필름을 만든 다음, 이를 얇은 줄로 자르는 방식으로, 히알루론산 및 히알루론산나트륨의 모델 섬유를 제조하였다. 상기 필름에서 자른 (및 연신된) 이들 "모델 섬유"에서, X-선 구조 분석을 이용해 (기본 (elementary) 결정 셀의 직경을 비롯하여) 결정 변화를 측정하였다. 이들은, 비-연신된 히알루론산나트륨 섬유가 육방형 결정계의 기본 셀과 역평행방식으로 배열된 거대분자를 가지는 것을 확인하였고, 이를 근거로 아세틸화된 글루코사민의 아미드기들 간에 수소 결합이 존재한다고 추정하였다. 베이스 치수 (Base dimension): a = 1.17 nm (대안적으로는 2.02 nm). 거대분자 평균 단면 치수는 대략 0.673 nm이다. (섬유 축에 따른) 기본 셀의 치수 c는 2.85 nm였다.

이들은 60℃ 및 75%의 상대 습도에서 히알루론산나트륨계 섬유를 조건화 (conditioning)하면, c = 2.85 nm는 유지하면서 a = 1.87인 새로운 육방정계 결정 격자가 형성됨을 추가로 밝혀내었다. (결정 변화를 유지하는) 격자계의 변화는 면섬유에서의 셀룰로오스와 같이, 다른 섬유 - 중합체 -의 경우에도 알려져 있다.

동일한 저자는 (산성 형태의) 히알루론산으로부터 제조된 섬유의, 기본 셀 직경이 a = 1.96 nm인 단사정계 (monoclinic) 결정계를 확인하였다 (그러나, 완전히 규명된 것은 아님).

히알루론산염이 흡습성 (hygroscopic)이 높고 수용성이라는 점으로 인해, 공간적인 형성물이 물에 대한 저항성이 낮아, 섬유 (미세섬유 및 나노섬유 모두), 방적사, 부직포, 스캐폴드 (scaffold), 막 등의 제작 시 주요한 기술적인 문제가 된다.

이러한 문제점의 기술적인 해결방안은 용해성이 낮은 히알루론산 유도체, 통상 에스테르를 사용하고 (예를 들어, 미국 특허 4,851,521; 4,965,353, 및 5,676,964), 통상 부직포 (예를 들어 미국 특허 5,520,916)를 제조하는 것이다. 히알루론산의 카르복실기 일부 또는 이들 기 전부가 에스테르화된다 (HA-COOH → HA-COOR).

예를 들어 미국 특허 5824335 호는 히알루론산의 에스테르, 특히 벤질에스테르로부터 부직포를 제조하는 것을 기술하고 있다.

또한, 예를 들어 98/08876 호는 히알루론산의 에스테르로부터 방적사를 제조하는 것을 기술하고 있다. 예를 들어 히알루론산의 테트라부틸암모늄염은 PhCH₂Br 과 함께 DMSO (디메틸설폭사이드)에 용해되며, 알킬화 반응이 수행되어, 상기 DMSO 용액으로부터 방적사로 방사되는 에스테르가 형성되며, 상기 방적사는 소위 기본 섬유 (elementary fiber)를 더 많이 가진다.

에스테르의 사용은, 카르복실의 차단으로 이어져, 섬유의 공간적인 배열을 변화시킨다. 히알루론산염에 대한 히알루로니다아제 효소의 친화성 및 생물학적 특성 또한 변하게 된다.

다당류 및 이들의 개질에 대해 연구하는 경우, 극성 또는 비극성 환경에서 추정되는 이들의 구조를 무시해서는 안 된다. 히알루로난은 실제로 비극성 용매에 불용성이다. 이러한 화학적 성질은 소위 초분자화학과 관련 있다. 주로 내부 및 외부 수소 결합의 영향 하에, 중합체가 환경에서 특정한 2차 및 3차 구조를 형성하기 때문에, 다당류의 내부 구조는 인지하고 있어야 한다. 수소 결합은 약하지만, 예를 들어, 히알루론산의 각 단위마다 수소 결합이 상당량 형성될 수 있는 점을 고려하면, 개개의 분자들이 함께 연결되어 그 자체가 둘러싸인 매우 복잡한 공간적인 형태가 구축되는 것은 분명하다. 용매 (예를 들어 물)의 분자가 또한 수소 결합에 의해 다당류에 결합하여, 다당류가 물에 투입된 후, 다당류의 부피가 팽창되고 커진다.

히알루론산염은 상당량의 물을 염 자체에 매우 강하게 결합시킨다. Donati 등 (Biopolymers 59, 434-445, 2001)은, 사실상 카르복실산기와 아세타미드기 사이의 수소 결합이 물 분자에 의해 매개된다고 기술하고 있다.

(0.7 내지 0.8의) Na+ 양이온의 활동도 계수값은 매우 적은 수의 카르복실기가 나트륨 이온에 결합하고 있음 (카르복실기가 수소 결합에 의해 차단됨)을 나타낸다는 매우 흥미로운 사실이 존재한다. 히알루론산의 각 단량체 단위마다 하나의 카르복실기를 포함하기 때문에, 이론적으로 히알루론산은 저 점도의 용액을 형성하는 물에서 완전히 가용성이어야 한다. 그러나, 실제로는 그렇지 않다. 히알루론산 또는 히알루로난 각각의 농도가 낮은 용액일지라도, 그 점도는 높다.

Jacoboni 연구 (Journal of Structural Biology 126, 52-58, 1999)는, 1 mg/ml 이상의 히알루론산의 농도에서 3차원 네트워크 (분자량 2 MDa)가 물에서 구축된다고 언급하고 있다. 건조에 의해, 네트워크는 다시 형성되지만, 이 네트워크의 품질은 건조 속도에 좌우한다. 그러나, 이들은 그래파이트 또는 데이즈 (daze) 표면에서 상기 네트워크를 형성하였다 (2가지 종류가 존재함: 알루미늄-칼륨 실리카, 및 MgO가 대략 20% 존재하는 알루미늄-칼륨 실리카). 불행하게도, 이들은 저분자량 히알루론산 (170 - 640 kDa)의 경우 어떠한 네트워크의 형성도 관찰하지 못하였다. 히알루론산의 저분자량 분자는 나선형 모양으로 자가응집하는 경향이 높은 것으로 나타났다. 예를 들어, 원형 이색성을 이용한 다른 보다 오래된 연구에서, 히알루론산 네트워크는 2개의 분자로 이루어진 나선 (이중 나선)을 기반으로 하고 있음이 입증된 바 있다 (P.W. Staskus: Biochemistry 27(5), 1528-34, 1988). Feng Qian 등에 의한 좀 더 새로운 연구에서 (Gaofenzi Cailiao Kexue Yu Gongcheng, 20(1), 146-148, 2004), 히알루론산 용액을, 길이가 45 nm 내지 95 nm인 섬유로 이루어진 3차원 덴드리머 (dendrimer)로서 기술하고 있으며, 프랙탈 (fractal)을 이용한 물리적인 설명을 기술하고 있다.

히알루론산의 공간적인 형태 내부에, 소수성 반응이 또한 존재한다고 언급한 연구가 있다 (J.E. Scott at al.: Biochem J. 274, 699-705, 1991). 짐작하건대, 이는 아세타미드기 (메틸)의 "공간적인 배향"으로 이루어진다. 더욱이, 이들 소수성 반응은 2차원 평면 구조의 형성에 중요한 역할을 하는데, (물 계면과의) 이들 소수성 상호작용이 개개의 작은 층들로 멀리 떨어져 있도록 분리하기 때문이다 (I. Jacoboni at al.: Journal of Structural Biology 126, 52-58, 1999). 여기서, 열역학이 언급되어야 하는데, 즉, (일반적으로 말하는) 수용성 중합체의 소수성 기는 반발력 (물 - 중합체)이 가능한 한 낮은 수중 배치를 취하려고 하며, 그 결과는 종종 농도에 의존한다 (즉, 소수성 영역의 표면은 가능한 한 물과 적게 접촉되어야 함).

다른 공정들은 가교할 수 있는 관능성 기를 포함하는 히알루론산 유도체의 제조를 바탕으로 한 것이다. 예를 들어, 산화에 의해 가교하는 티올기를 포함하는 유도체 2 HA-SH → HA-S-S-HA. 예를 들어, 공개문헌 Liu Yanchun et al., Biocompatibility and stability of disulfide - crosslinked Hyaluronan films . Biomaterials (2005), 26(23), 4737-4746은, 티올-개질된 히알루론산으로부터 필름을 제조하는 것을 기술하고 있으며, 여기서 이황화 결합의 가교 또는 형성은 0.3% 과산화수소와의 반응에 의해 이루어진다. 문헌 WO 2008/077172 호는, 티올기를 포함하는 히알루론산을 인산염 완충제에 용해시키고, 산화물에 의해 부분적으로 가교시켜, 반흔 조직의 성장을 증대시키는 데 사용한 과정을 기술하고 있다.

가교는 또한, 디비닐 설폰 (WO 2006/056204), 알데하이드 (US 4,713,448) 또는 다가 에폭시 화합물 (EP 0161887)과 같은 가교제를 사용해 수행될 수 있다. 문헌 KR 2008062092 호는, 히알루론산 또는 이의 유도체를 디메틸 설폭사이드와 물의 혼합물에 용해시키고, 응고 용액 (에탄올 및 N,N-디메틸포름아미드 (DMF))에서 방적사로 방사하는, 습식 방사 방법에 의해 방적사를 제조하는 것을 기술하고 있다. 그런 다음, 저자들에 따르면, 상기 방적사를 이의 표면에서만 가교시킨다. 또한 이 경우, 히알루론산의 생물학적 특성은 이런 식으로 변하게 되고 최종적인 잔여 불순물이 세포 생존성에 크게 영향을 미치므로, DMF를 사용하는 것은 매우 곤란하다.

일본 문헌 JP 2007262595 호는, 히알루론산, 가교제 (글루타르알데하이드), 및 촉매 (Hcl)를 혼합함으로써 젤을 제조하고, 이를 압출 기술에 의해 방사하는 것을 기술하고 있다.

음이온성 중합체 - 히알루론산, 및 양이온성 특성을 가진 중합체로 이루어진 "하이브리드" 섬유를 제조하는 다른 가능한 방법도 존재한다. 예를 들어, 문헌 Jou Chi-Hsiung et al., Journal of Applied Polymer Science (2007), 104(1), 220-225는, 아크릴산에 의해 그래프팅하고, 에스테르화를 통해 키토산에 의해 그래프팅한 다음, 히알루론산으로 코팅하는 PET 섬유를 기술하고 있다. 문헌 WO 2007006403 호는 히알루론산 유도체 및 젤란 (gellane)으로부터 섬유를 제조하는 것을 기술하고 있다. 문헌 Yamane Shintaro et al., Biomaterials (2004), Volume Date 2005, 26(6), 611-619는, 하이브리드 키토산/히알루론산 섬유의 제조를 기술하고 있다. 아울러, 논문 Funakoshi, Tadanao et al., Journal of Biomedical Materials Research, Part A (2005), 74A(3), 338-346은, 히알루론산염/키토산 섬유가 보다 양호한 기계적 특성을 가지고 있음을 언급하고 있다. 한국 문헌 KR 2007118730 호는 히알루론산으로 함침된 키토산으로부터 전기방사에 의해 나노섬유를 제조하는 것을 기술하고 있다.

또한, 미국 특허 2002026039 호는 히알루론산 에스테르를 PTFE, 폴리글리콜산, 폴리락트산 등과 같은 다른 생체적합성 중합체와 함께 압출함으로써 방적사를 제조하는 것을 기술하고 있다.

일본 문헌 JP 02014019 호는 히알루론산 0.7%, 히드록시아파타이트 (hydroxyapatite) 0.7%, 및 물 98.6%를 함께 혼합하고, 이 혼합물로부터 직경이 약 10 ㎛인 섬유를 제조하는, 노즐을 통해 분무함으로써 미세섬유를 제조하는 것을 기술하고 있다.

이들 공정은 모두, 히알루론산의 구조 변화로, 생물학적 특성을 비롯한 이의 특성이 또한 변하게 되는 문제점을 가진다. 즉, 이러한 문제점은, 전술한 바와 같이, 카르복실기의 화학적 변환으로 인해, 히알루론산염에 대한 히알루로니다아제 효소의 친화성이 달라지는 것이다 (S.P. Zhong et al., Biodegradation of hyaluronic acid derivateves by hyaluronidase, Biomaterials 1994, 15 (5), 359-365; Eun Ju Oh et al., Target specific and long - acting delivery of protein , peptide, and nukleotide therapeutics using hyaluronic acid derivateves, Journal of Controlled Release 141 (2010) 2-12). 그러나, 일반적으로, 히알루론산 (HA)이 개질되면, 조직에서 HA와 반응하는 모든 수용체 및 효소에 대한 이의 친화성이 변할 수 있다. 그래서, 예를 들어 이들 HA 개질은 세포에 의한 HA 인지 (즉, HA와 CD44 수용체, RHAMM 및 다른 것들과의 상호작용)에도 영향을 미칠 수 있다. 하기 문헌에서, HA와 CD44의 상호작용이 NMR을 이용해 기술되어 있다. 이 논문에서, COOH 및 N-아세틸기가 CD44에 의한 HA의 인지에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다. (Suneale Banerji et al., Structures of the Cd44 - hyaluronan complex provide insight into a fundamental carbohydrateprotein interaction, NATURE STRUCTURAL & MOLECULAR BIOLOGY 14 (3) (2007) 234-239).

"블로잉-보조 전기방사 (blowing-assisted electro-spinning)" 방법에 의해 나노섬유로 이루어진 히알루론산으로부터 막을 제조하는 연구도 또한 존재한다 (Xuefen Wang et al., Polymer 46(13), 4853-4867, 2005). 형성된 막은 에탄올/HCl/H₂O를 포함하는 조 (bath)에 4　℃에서 1일 내지 2일 동안 침지되며, 이 막은 대략 1주일간 내수성 (water resistant)이다. IR 분광학의 결과를 바탕으로, 저자들은 이러한 내수성이 다른 내부 수소 결합의 형성으로 인한 가교 때문인 것으로 보고 있다. 여러 가지 물리적 측정들을 바탕으로, 히알루론산 용액의 pH 감소가 이중 나선의 형성을 초래한다는 것이 언급된 바 있다 (예를 들어 the work: Hofmann H., Schmut O., Albrecht von Graefe's archive for clinical and experimental ophthalmology (1976), 198(1), 95-100); Atkins E.DT. et al., Biochemical Journal (1971), 125(4), 92).

일본 문헌 JP 2010138276 A는, 어떠한 가교제를 사용하지 않고도 히알루론산으로부터 기본 스레드 (elementary thread)를 제조하는 것을 기술하고 있으며, 상기 공정은, 히알루론산 용액과 탈수액을 접촉시켜 이들 2가지 액체의 계면에 막을 형성하는 단계를 포함하며, 이후 이 막을 "연신"하여 기본 스레드를 제조한다. 불행하게도, 이 문헌은 상기 스레드가 보편적인 직물 기술에 의해 가공가능한지에 대해서는 언급하지 않고 있다.

다관능성 양이온 (예컨대 Cu² ⁺, Fe³ ⁺, Cr³ ⁺ 등)을 히알루론산에 혼입하면, 히알루론산의 카르복실기와 다관능성 금속 양이온 사이에 결합이 형성되어 소위 히알루론산의 가교가 형성된다. 가교 수준 (예를 들어, Fe³ ⁺ 양이온의 경우 100% 가교는, 하나의 Fe³ ⁺ 양이온이 3개의 카르복실기에 결합되어 있으며, 이들 카르복실기 각각은 하나의 히알루론산 이당류 단위로부터 유래한 것이며, 히알루론산의 카르복실기는 모두 금속에 결합되어 있음을 의미함)에 따라, 이러한 방식으로 개질된 히알루론산의 용액의 점도는 젤이 형성될 때까지 증가한다 (J.W.Kuo, Practical Aspects of Hyaluronan Based Medical Products, Boston, Massachusetts, USA, Published in 2006 by CRC Press, Taylor & Francis Group). 히알루론산이 여러자리 리간드 (카르복실기와는 별도로, 히드록실기와 아세타미드기도 포함됨)로서 작용하여, 전이 금속과 함께 금속 착체 화합물을 형성하는 것은 매우 명백한 사실이다. 아연은 전이 금속이 아니어서, 금속 착체 화합물을 형성하는 능력이 예를 들어 구리의 경우보다 대부분의 음이온에 대해 구별력이 덜하기 때문에, 아연 양이온의 경우 매우 흥미로운 상황이 발생할 수 있다. 반대로, 아연은 다량 존재하는 히드록실 이온에 결합하는 경향을 나타낸다. 코발트는 다른 매우 흥미로운 금속이다. 코발트는, 대부분의 코발트 화합물이 이관능성 코발트로부터 유래하고, 대부분의 착체 화합물이 삼관능성 코발트로부터 유래하는 전이 금속이다. 수화된 염 (예를 들어 CoCl₂·6H₂O, Co(NO₃)₂·6H₂O, Co(SO₄)₂·7H₂O, Co(CH₃COO)₂·4H₂O)은 물에서 잘 용해된다. 그러나, 정확하게 말하자면, 수화된 화합물은 기본 염으로서 여겨지지 않으며 아쿠오 염 (aquo salt), 즉 배위 화합물로 여겨진다. 코발트 (II) 염의 암모늄 용액 또한 코발트 (III) 염으로 산화하려는 경향이 있으며, 이때 산화는 이미 공기중의 산소를 이용해 진행된다. 코발트성 양이온은 궁극적으로 여러자리 리간드와 함께 매우 안정한 금속 착체 화합물을 형성한다 (Remy H., Anorganicka chemie II., SNTL Praha 1971).

직물 섬유, 즉 패브릭 또는 편물 (knitted fabric)을 제조할 수 있는 섬유의 특성을 가진, 순수한 히알루론산 또는 이의 약학적으로 허용가능한 금속 화합물 (염, 착체 등) (나트륨, 칼륨, 리튬, 칼슘, 마그네슘, 구리, 망간, 아연, 크롬, 제2 철, 제1 철, 제2 코발트, 제1 코발트, 또는 이들 양이온의 혼합물)로 제조된 섬유는 현재까지 공지된 바가 없다. 문헌 WO 2009/050389 호는, 습식 방사 방법에 의한 방적사의 제조를 기술하고 있으며, 상기 방적사는 산성 형태의 히알루론산, 아세트산 및 물을 포함하며, 부분적으로 물에 용해된다. 상기 섬유의 제조는 하기 단계로 이루어진다: a) 히알루론산 또는 이의 염, 바람직하게는 나트륨염의 수용액을 제조하는 단계로서, 이때 히알루론산의 농도는 0.8 중량% 이상, 바람직하게는 1 중량% 내지 2 중량%의 범위이며; b) 상기 용액을 노즐을 통해 방사조에 압출하는 단계; c) 아세트산 및 물로 이루어진 조에서 섬유를 제조하는 단계로서, 이때 아세트산의 농도는 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 99% 이상이다. 수득된 방적사의 직경은 100 ㎛ 이상이다. 이 문헌의 저자들은, 그들의 방법에 따라 제조된 섬유가 직물 및 부직포 둘 다에 사용될 수 있다고 언급하고 있다. 사실상, 상기 섬유는 강도가 낮아서 패브릭 또는 편물의 제조에 사용될 수 없으며 (비교예 10에 따르면, 약 67 MPa의 하중을 받을 경우 파단 (break)이 발생함), 단지 부직포의 제조에만 사용가능하다. 표준 방법에 따라 형성되는 직물 섬유는 하기 범위의 강도를 가진다: 셀룰로오스 섬유: 1.8 cN·dtex^-1 내지 2.7 cN·dtex^-1; 합성 섬유 4 cN·dtex^-1; 변형 계수 (coefficient of variation) 10% 이하.

이에, 본 발명은 수동 및 기계적 방법 둘 다인, 보편적인 직물 공정: 위빙 (weaving), 니팅 (knitting), 보빈 레이스 작업 (bobbin lace work)을 이용한 직물 또는 편물의 제조, 특히 플리스 강화 (fleece strengthening), 예를 들어 니들 펀칭 (needle punching)에 의한 부직포의 제조에 있어서, 시판중인 강한 (tenacious) 히알루로난 섬유가 상기 제조용으로 사용되지 못한 점을 배제한다.

섬유의 루프 (노트 (knot)) 강도는 섬유의 변형 없이 섬유 강도의 대략 80% 정도이어야 한다. 이는 특히, 위빙, 니팅 및 보빈 레이스 작업에 중요하다. 부직포의 경우, 섬유의 루프 강도는 중요하지 않다.

본 발명의 목적은 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 기재로 한 섬유를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 포함하는 방사 용액을 제조한 다음, 알코올 및 산을 포함하는 응고 (침전) 조에서 방사한 후, 섬유를 세정하고 세정 후 상기 섬유를 건조하는 단계로 이루어진다.

본 발명의 방법은 하기의 방식으로 수행된다: 우선, 0.001 N 내지 10 N의 염기 및 0.01 중량% 내지 8 중량%의 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 포함하는, 히알루론산 및/또는 히알루론산의 금속 화합물의 방사 수용액을 제조한 다음; 상기 용액을 노즐을 통해 1 중량% 내지 99 중량%의 알코올, 1 중량% 내지 99 중량%의 산, 및 10 중량% 이하의 물을 포함하는 응고조에 방사한 후, 섬유를 알코올로 세정하고 건조한다.

바람직하게는, 응고조에서의 방사 후, 상기 응고조에서 섬유를 숙성시키는 단계 및 상기 섬유를 연신하는 단계를 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단계를 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시 양태에 따른 방사 용액은 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물, 및 LiOH, NaOH, KOH, Li₂CO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, LiHCO₃, NaHCO₃ 및 KHCO₃를 포함하는 군으로부터 선택되는 염기를 포함하며, 상기 응고조는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올 및 2-프로판올을 포함하는 군으로부터 선택되는 알코올, 및 포름산, 아세트산, 프로피온산, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 산을 포함하며, 세정은 알코올조에 침지하거나 알코올로 세정함으로써 수행되며, 이때 알코올은 메탄올, 에탄올, 1-프로판올 및 2-프로판올을 포함하는 군으로부터 선택되며, 건조는 공기 중에서 또는 질소 또는 CO₂ 분위기 중에서, 20℃ 내지 80℃의 온도에서 1시간 내지 5일 동안 방치함으로써 수행된다. 방사 용액은 주위 분위기에서, 또는 보다 바람직하게는 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 분위기에서 제조될 수 있다.

방사 용액을 제조하는 방법은 바람직하게는 하기와 같다: 우선, 농도가 0.001 N 내지 10 N인 염기의 용액을 제조하여 이 용액에 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 혼합하면서 점차 첨가하여, 0.01 중량% 내지 8 중량% 농도의 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물 용액이 제조되고, 상기 용액에서의 전이 금속의 총 양이 히알루론산염의 1 kg 당 10 mg 이하가 되게 하며, 최종 용액을 균질한 용액이 형성될 때까지 18℃ 내지 35℃의 온도에서 20분 내지 10시간 동안 교반한다.

방사 용액에서 전이 금속 (Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺및 Cr³ ⁺)의 최대 총 양은 히알루론산염의 1 kg 당 10 mg으로서, 이들 다가 이온이 고농도로 존재하는 경우 히알루론산 (히알루론산염)이 젤로 가교되어, 방사할 수 없게 된다.

초기 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물 (Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca² ⁺, Mg² ⁺, Cr³ ⁺, Mn²⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺, Zn² ⁺)의 분자량은 100 kDa 내지 3 MDa의 범위이다 (통상의 방법인 SEC-MALLS, 크기-배제 크로마토그래피와 다각도 레이저 광 산란의 조합 (Size-Exclusion Chromatography coupled to Multi-Angle Laser Light Scattering)에 따라 측정되며, 상기 방법은 예를 들어, 문헌 Bezakova Z. et al., Effect of microwave irradiation on the molecular and structural properties of hyaluronan. Carbohydrate Polymers 2008, 73, (4), 640-646에 잘 기술되어 있음).

다른 실시 양태에서, 방사 용액은 금속염을 추가로 포함할 수 있다. 금속염의 양은 상기 용액에 용해가능한 최대량까지 첨가될 수 있는 반면, 전이 금속의 양은, 방사될 수 없는 젤을 형성하는 히알루론산염의 가교를 피하기 위해, 히알루론산 및 이의 금속 화합물의 총 양의 1 kg 당 최대 10 mg일 수 있다. 적합한 염은 중성 또는 염기성 조건에서 물에 가용성인 금속염, 바람직하게는 Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca² ⁺, Mg² ⁺, Cr³ ⁺, Mn² ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺, Zn² ⁺ 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 금속 양이온을 포함하는 염일 수 있다. 금속염은 바람직하게는 수산화물, 탄산염, 중탄산염, 아세트산염, 포름산염, 염화물, 황산염, 불소화물, 질산염, 및 이들 염의 수화물을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시 양태에서, 방사 용액은 바람직하게는 하기와 같이 제조될 수 있다: LiOH, NaOH, KOH, Li₂CO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, LiHCO₃, NaHCO₃ 및 KHCO₃을 포함하는 군으로부터 선택되는 염기의 용액을, 염기 농도가 0.001 N 내지 10 N이 되게 제조한 다음, 이 용액에 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 혼합하면서 점차 첨가하여, 농도가 0.01 중량% 내지 8 중량%인 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물의 용액을 형성한다. 그런 다음, 금속염을 상기 용액에 첨가하여, 전이 금속의 총 양이 히알루론산염의 1 kg 당 10 mg 이하가 되게 하며, 히알루론산 및 금속 이온을 포함하는 용액을 형성한 후, 방사에 적합한 균질한 용액이 형성될 때까지 18℃ 내지 35℃의 온도에서 20분 내지 10시간 동안 교반한다. 이 용액은 주위 분위기에서 또는 보다 바람직하게는 질소나 아르곤과 같은 불활성 분위기에서 제조될 수 있다. 바람직하게는, 방사된 후, 섬유를 응고조에 그대로 방치한다. 바람직하게는, 방사 후에 섬유를 연신하거나 또는 응고조에 그대로 방치한다.

본원에서 사용되는 바와 같은 "히알루론산 및 금속 이온을 포함하는 화합물"이라는 용어는 히알루론산, 및 염 및 금속 착체 화합물을 포함하는 금속 또는 비금속 이온을 포함하는 임의의 화합물을 포함한다. 금속 이온과 히알루론산 사이의 결합의 성질은 금속에 좌우되며, 보통 상기 결합은 이온 결합, 공유 결합 (이온성 공유) 또는 배위 공유 결합이다. 상기 용어는 또한, 하나 이상의 금속의 이온을 포함하는 화합물을 포함한다. 상기 금속은 바람직하게는 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 구리, 망간, 아연, 크롬, 철, 및 코발트를 포함하는 군으로부터 선택된다.

다른 실시 양태에서, 응고조는 하나 이상의 금속염을 더 포함할 수 있다. 적합한 염은 응고조에서 가용성인 금속염, 바람직하게는 Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca² ⁺, Mg²⁺, Cr³ ⁺, Mn² ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺, Zn² ⁺ 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 금속 양이온을 포함하는 염일 수 있다. 금속염은 바람직하게는 수산화물, 탄산염, 중탄산염, 아세트산염, 포름산염, 염화물, 황산염, 불소화물, 질산염, 및 이들 염의 수화물을 포함하는 군으로부터 선택되며, 농도는 0.01 N 내지 10 N이다. 일 바람직한 실시 양태에서, 응고조는 5 중량% 내지 95 중량%의 알코올, 5 중량% 내지 95 중량%의 산, 및 최대 10 중량%의 물의 혼합물 중 금속(들) (예를 들어, Ca² ⁺)의 용액을 포함한다.

다른 실시 양태에서, 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 기재로 하며, 연신 또는 바람직하게는 비-연신된, 세정된 섬유, 또는 세정 및 건조된 섬유는, 5·10^-5 M 내지 1·10^-2 M의 농도의 다가 금속 Mn² ⁺, Ca² ⁺, Cr³ ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu²⁺, Zn² ⁺ 및 이들의 혼합물의 염, 알코올 1 중량% 내지 99 중량%, 포름산, 아세트산, 프로피온산 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 산 1 중량% 내지 99 중량%, 및 최대 10 중량%의 물; 또는 5·10^-5 내지 1·10^-1 M 농도의 다가 금속 Mn² ⁺, Ca² ⁺, Cr³ ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺, Zn² ⁺ 및 이들의 혼합물의 염, 알코올 1 중량% 내지 99 중량%, 최대 10 중량%의 물, 및 마지막으로 5·10^-5 내지 1 N 농도의 LiOH, NaOH, KOH, Li₂CO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, LiHCO₃, NaHCO₃ 및 KHCO₃을 포함하는 군으로부터 선택되는 염기를 포함하는, "금속화조 (metallization bath)"에 침지될 수 있다. 다가 금속 (Mn² ⁺, Ca² ⁺, Cr³ ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺, Zn² ⁺)의 염이란, 아세트산염, 포름산염, 염화물, 황산염, 불소화물, 질산염, 및 이들 염의 수화물을 의미한다. 상기 과정은 하기와 같다: 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 기재로 하는, 연신 또는 바람직하게는 비연신된, 세정된 섬유, 또는 세정 및 건조된 섬유를 금속화조에 투입하여, 섬유를 세정 및 건조한 후에, 상기 섬유에 다른 금속이 혼입되게 한다. 상기 섬유를 상기 금속화조에 20분 내지 21일 동안 방치한다.

다른 실시 양태에서, 방사 용액은 0.001 N 내지 10 N의 염기, 0.01 중량% 내지 8 중량%의 히알루론산 및/또는 이미 제조되어 Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca² ⁺, Mg² ⁺, Mn² ⁺, Fe² ⁺, Fe³⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺, Zn² ⁺를 포함하는 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 방사조에 용해된 히알루론산 섬유 유래의 이의 금속 화합물 및 화합물들을 포함할 수 있으며, 이들 다가 이온은 고농도에서, 히알루론산을 방사불가한 젤로 가교할 수 있기 때문에, 상기 방사조에서 전이 금속의 양은 총 투입된 히알루로난의 1 kg 당 10 mg 이하이다.

본 발명의 이러한 실시 양태에서, 방사 용액은 바람직하게는 하기와 같이 제조된다: LiOH, NaOH, KOH, Li₂CO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, LiHCO₃, NaHCO₃ 및 KHCO₃을 포함하는 군으로부터 선택되는 염기의 용액을 염기 농도가 0.001 N 내지 10 N이 되게 제조하고, 이 용액에 히알루론산 및 금속 이온을 포함하는 화합물 및/또는 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물, 즉, 금속이 포함된, 이미 제조된 히알루론산의 섬유를 서서히 첨가하여, 히알루론산 및 금속 이온을 포함하는 화합물 및/또는 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물의 농도가 0.01 중량% 내지 8 중량%인 용액을 형성하고, 이때, 전이 금속 함량은 히알루론산염의 1 kg 당 최대 10 mg이다. 상기 용액을, 방사에 적합한 균질한 용액이 형성될 때까지, 18℃ 내지 35℃의 온도에서 20분 내지 10시간 동안 교반한다. 상기 용액은 주위 분위기에서, 또는 보다 바람직하게는 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 분위기에서 제조될 수 있다. 바람직하게는, 방사 후, 상기 섬유를 응고조에 방치한다. 바람직하게는, 방사 후 또는 상기 응고조에 방치한 후, 상기 섬유를 연신한다.

다른 다당류와 마찬가지로 히알루론산 (HA)은 플럭스 (flux)하지 않지만, 습식 및 습-건식 방사는 성공적으로 사용될 수 있으며, 이때 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물의 용액은 여러 가지 유형의 노즐 (원형 노즐 또는 슬롯 (slot) 노즐 또는 별형, 나선 삼각형 등의 여러 가지 단면의 노즐)을 통해, 섬유가 형성되는 무-용매 (응고조)로 바로 압출된다. 본 발명자들은, 히알루론산 또는 이의 산 형태의 염이 염기의 존재 하에 물에서 용해하는 경우, 히알루론산염의 알칼리 용액이 형성되며, 이의 겉보기 점도 (apparent viscosity)는 용해된 히알루론산염의 분자량 (M_w)에 의존하며, 이 값은 상기 용액의 방치 시간에 크게 좌우한다는 것을 밝혀내었다. 일정한 시간 동안 상기 용액을 방치하면, 점차 히알루론산염 분자를 분해하여, 노즐을 통해 응고 (방사) 조로 압출될 수 있는 점도가 낮은 형태의 용액을 형성하며, 이때 소위 비-연신된 섬유가 형성된다. 그러나, 강한 (질긴) 섬유의 제조와 관련하여 가장 필수적인 사실은, 1000 s^-1의 연신 속도에 상응하는 접선 응력 (tangential stress) (접선 압력 (tangential pressure))에서, 서로 다른 시간 동안 방치되었던 용액의 겉보기 점도 값이 (20℃의 온도에서 약 0.54 Pa.s로) 거의 동일하다는 점이다. 이는, 적합한 기계적 배열에서, 고분자량의 히알루로난 역시 방사될 수 있음을 의미한다.

응고조가 산성이기 때문에, 히알루론산의 알칼리 염은 산성 형태로 전환되고 (HA-COOMe → HA-COOH), 섬유를 상기 조에서 방치하는 동안에, 수소 결합 한 쌍이 점차 형성되어, "자유" 카르복실기가 상기 H-결합 시스템과 연관된 카르복실기로 전환되어, 제조된 섬유의 내수성, 즉 불용성이 점차 증가하고, 상기 섬유의 강도가 감소한다.

응고조에 알코올이 적절한 농도로 존재하는 것이 필수적이며, 섬유는 조 표면에서 부유하지 않고 바닥에 가라앉으며 함께 페이스트 (paste)하지 않는다. 본 발명자들은, 응고조에 알코올이 존재하는 것은 히알루론산 분자의 모양 및 섬유 강도에 근본적으로 영향을 미친다는 것을 밝혀내었다. 아세트산, 물 및 알코올을 포함하는 응고조에서, 히알루론산의 분자는 아세트산 및 물로만 이루어진 조에서보다 확실히 더 낮은 확산을 나타낸다. 더 낮은 확산 (더 낮은 확산 계수)은 아마도 유체역학적 분자 직경의 증가로 인한 것이다. 아세트산 및 물에 존재하는 동안, 분자는 그 자체가 구형 (globule)으로 "모아 지지만 (wraped)", 알코올이 존재하게 되면 분자는 선형 나선형 모양을 유지해서, 이들로부터 연속성 섬유가 더욱 용이하게 형성될 수 있으며, 섬유의 강도가 실질적으로 더 강해진다.

제조된 히알루로난 용액은 바람직하게는 직경이 0.05 mm 내지 1.6　mm인 노즐에 의해 모노필라멘트로서, 또는 응고조로의 배출구가 더 많은 노즐에 의해 방사된다. 배출구가 더 많은 노즐에 의한 방사를 사용하는 경우, 2개 내지 50개의 1차 섬유를 포함하는 실크 케이블이 수득된다.

특히 잘 입증된 방법은 소위 "중력 (gravitation)" 방사로서, 방사 노즐이 수직으로 위치해서, 형성될 섬유가 방사조에 가해지는 어떠한 응력 없이 1 m 내지 5 m의 선을 따라 중력에 의해 형성 및 연신된다. 형성될 섬유는 방사 샤프트 (shaft)의 바닥에 자유롭게 놓일 수 있거나, 또는 적절한 코일 상에서 감길 수 있다. 응고조에서 형성될 섬유의 지체 시간 (lag time)은 1초 내지 48시간이다.

방사될 용액이 응고 (방사) 조에 투입되기 전에 공기 통로가 1 mm 내지 200 mm인 경우, 습-건식 방사가 또한 가능하다.

유기산 또는 무기산 또는 이들의 혼합물이 산으로서 사용될 수 있다. 상기 유기산은 바람직하게는 포름산, 아세트산, 프로피온산, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다. 무기산은 바람직하게는 인산이다. 알코올은 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 프로판-1-올 및 프로판-2-올, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다. 응고조의 온도는 18 ℃ 내지 30 ℃이다.

필요하다면, 섬유는 응고조에서 응고하는 동안에 또는 응고 후에, 1.1 내지 7의 연신비로 연신될 수 있다. 상기 연신비는 연신된 섬유와 비-연신된 섬유의 길이의 비이다. 바람직하게는, 섬유는 약간 건조 - 부분적으로 건조된 경우, 연신된다. 섬유 연신은, 섬유가 섬유의 종축을 따라 변형 (연신)되는 경우의 공정이다. 섬유 길이는 증가하고, 섬유의 직경은 감소하고, 섬유의 섬도 (fineness)는 증가한다. 거대분자 및 아분자 (sub-molecular) 형성의 배향으로 인해, 그리고 크리스탈부 (crystalic portion)의 증가로 인해, 섬유의 기계적 파라미터는 개선된다 - 그의 강도는 증가하고 연성 (ductibility)은 감소한다. 또한, 연신 공정 동안에, 덜 안정한 결정 개질은 안정한 개질로 변형될 수 있다.

섬유 건조 동안에, 물이 섬유로부터 제거되고, 분자 구조로 직접 혼입된 물만 남게 된다. 연신 또는 비-연신된 섬유는 알코올에 직접 투입되는데 - 상기 섬유는 알코올로 세정되거나 또는 섬유가 알코올조에 투입되며, 이때 상기 알코올은 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 프로판-1-올, 또는 프로판-2-올이며, 섬유로부터 물을 제거하여 결과적으로 히알루론산의 내부 구조에 결합한 물만이 남게 된다. 상기 알코올조는 섬유 1 g 당 알코올 5 g 내지 100 g을 포함하며, 조의 온도는 20℃부터 사용되는 알코올의 비점까지일 수 있다. 이후, 섬유 꼬임 및 건조가 수행된다. 섬유 건조는 공기 중에서 또는 질소나 CO₂와 같은 불활성 분위기 중에서 20℃ 내지 80℃의 온도에 1시간 내지 5일 동안 그냥 방치함으로써 수행될 수 있다.

응고 및 건조 조 (즉, 산 및 알코올)에서 사용되는 소정량의 용매는 최종 섬유에 잔존한다. 이러한 잔여 용매의 함량은 NMR 분광학에 의해 0.2 중량% 내지 5 중량%의 범위로 한정될 수 있다.

또한, 본 발명자들은 자체 연구에서, 히알루론산계 섬유가, 다가 양이온 (Mn²⁺, Ca² ⁺, Cr³ ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺, Zn² ⁺)이 혼입될 수 있으며 이들 다가 양이온의 영향 하에 물에서 더 느리게 용해되거나 또는 심지어 불용성인 섬유로 변환 (가교 - 모든 "자유" 카르복실기의 포화)될 수 있는 음이온성 고분자전해질을 나타낸다는 것을 밝혀내었다.

아울러, 본 발명의 목적은 히알루론산, 및/또는 히알루론산과 금속 이온을 포함하는 하나 이상의 화합물로 이루어진 섬유로서, 상기 섬유는 결국 제작 공정, 바람직하게는 본 발명에 따른 방법으로부터 유래하는 금속 화합물을 포함할 수 있으며, 위빙, 니팅 또는 보빈 레이스 작업에 의해 상기 섬유로부터 직물이 제작될 수 있음을 의미하는 직물 섬유의 특성을 가진다. 상기 섬유는 히알루론산, 및/또는 히알루론산과 금속 이온을 포함하는 하나 이상의 화합물로 이루어지며, 이때 거대분자의 분자량은 100 kDa 내지 3 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)의 범위이다. 바람직하게는, 섬유 (모노필라멘트, 1차 섬유)의 직경은 4 ㎛ 내지 1 mm이며, 길이 중량은 0.1 g/1000 m 내지 30 g/1000 m (0.1 tex 내지 30 tex)이며, 인장 강도는 0.65 cN·dtex^-1 내지 3 cN·dtex^-1이고, 루프 강도는 인장 강도의 20% 내지 80%이다. 본 발명의 목적은 또한, 2개 내지 50개의 1차 섬유를 포함하는 실크 케이블이다.

상기 섬유에서의 금속 양이온의 최대량은 하기 표에 나타낸다.

금속 이온	섬유에서의 최대량 (중량% )
Li⁺	1.80
Na⁺	5.72
K⁺	9.36

Mg² ⁺	3.11
Ca² ⁺	5.03

Mn² ⁺	6.77
Zn² ⁺	7.95
Fe² ⁺	6.87
Cu² ⁺	7.75
Co² ⁺	7.22

Cr³ ⁺	4.38
Fe³ ⁺	4.69
Co³ ⁺	4.93

상기 섬유는 결국, 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 구리, 망간, 아연, 크롬, 철 및 코발트를 포함하는 군으로부터 선택되는 금속의 아세트산염, 포름산염, 황산염, 염화물, 불소화물, 질산염, 인산염, 수산화물 또는 산화물과 같이, 제작 공정으로부터 유래하는 금속 화합물을 포함할 수 있다. 이들 화합물은 히알루론산과 약하게 또는 강하게 상호작용할 수 있다. 아연의 경우, 상기 섬유는 또한 아연산염을 금속염으로서 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 직물 및 부직포의 제조에서의, 본 발명에 따른 섬유의 용도이다.

도 1은 실시예 4에 따라 제조된 연신된 히알루론산 섬유를 예시한 것이다.
도 2는 히알루론산 섬유 (실시예 4)로부터 제조된 편물을 예시한 것이다.
도 3은 히알루론산 섬유 (실시예 4)로부터 제조된 패브릭을 예시한 것이다.
도 4는 실시예 6에 따라 제작된 섬유를 예시한 것이다 - SEM 사진.

섬유의 사진은 Tescan VEGA II LSU 현미경 (Tescan, Brno)에서 촬영하였다. 상기 현미경은 월프람 캐소드 (wolfram cathode)를 사용하며, 최대 해상도는 3 mm이다. 측정 파라미터는 하기와 같았다: 1차 전자 빔의 가속 전압: 5 kV, 작동 거리 (WD): 4 mm 내지 5 mm, 챔버의 압력: 고 진공 (high vacuum), 이미징 레짐 (imaging regime): 2차 전자.

상기 섬유를 카본 스티킹 타켓 (carbon sticking target)에 찔러 넣은 (stuck into) 다음, 금으로 스퍼터링 (sputtering)하였다. 샘플 상의 금 층 (gold layer): 대략 15 nm, 스퍼터링 기계: SC7620 Mini Sputter Coater (Quorum Technologies, UK).

IR 스펙트럼을 SHIMADZU 사의 FTIR-8400S 장치를 이용해 측정하였다. 샘플을 KBr 캡슐 형태에서 측정하였다.

섬유의 인장 강도를 동력계 (dynamometer) Instron 5500R (Instron 사)을 이용해 측정하였다.

섬유의 루프 강도를 동력계 Instron 5500R (Instron 사)을 이용해 측정하였다.

히알루론산, 또는 히알루로난의 분자량을, Watt Technologies 사의 광 산란 검출기 miniDAWN이 장착된 Shimadzu 사의 HLPC를 이용해 측정하였다 (소위 SEC-MALLS 방법).

겉보기 점도를 TA Instruments 사의 레오미터 (rheometer) ARG2를 이용해 측정하였다. 콘 (cone) (40 mm/1°)-판의 측정 시스템을 사용하였다. 콘 파라미터 (cone parameter): 제1-직경, 제2-테이퍼 각도 (taper angle).

확산 NMR 스펙트럼 또는 액체 NMR 샘플을, 500.25 MHz의 양성자 주파수에서 작동하며 5 mm Bruker BBFO 광대역 프로브를 장착한 Bruker AvanceTM III 500 MHz 장비를 이용해 분석하였다. 스펙트럼 분석 및 처리는 프로그램 Topspin 2.1 (Bruker Biospin)에서 수행하였다. 모든 스펙트럼을 25℃의 온도에서 회전 (rotation) 없이 수득하였다. 확산 NMR 스펙트럼 (확산 순서에 의한 분광학 (diffusion ordered spectroscopy) - DOSY)을 스티뮬레이티드 에코 (stimulated echo) 및 양극성 구배를 이용한 펄스 주파수 (pulse frequency)에 의해 측정하였다. 32개의 스캔을 0.674 Gcm-1 내지 32.030 Gcm-1의 범위에서 2.5 ms (즉, 양극성 펄스 쌍 (couple)의 경우 5 ms)의 길이의 폼드 사이너스 펄스 (formed sinus pulse)를 이용해 누적하였으며, 1000 ms 내지 1600 ms의 확산 시간 및 데이타 지점의 16K 시간 도메인 (time domain)에 따라 24개의 증분이 존재하였다. 1Hz의 라인-연장 인자 (line-extension factor)에 의해 데이타를 곱하고, 겉보기 피크 (apparent peak)를 4배 억제하고 (suppress), 최대 상호작용 수를 100으로, 노이즈 감도 인자 (noise sensitivity factor)를 2로, 그리고 성분의 수 (number of component)를 1로 설정함으로써, 상기 처리를 수행하였다.

실시예 1

불활성 분위기 (헬륨, 질소)에서, 집중적으로 교반하면서, 분자량이 1.7 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (CPN s.r.o., Dolni Dobrouc, Czech Republic) 6 g을 물 94 g에 용해시키고, NaOH 0.64 g을 첨가하여, 균질하며 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 용액을 예를 들어, 셀룰로오스 크산토겐산염 용액의 방사에 사용되는 산업용 노즐을 통해 방사하였다. 상기 노즐은 직경이 0.2 mm인 24개의 배출구를 가진다. 습식 방사를 수행하였다. 침전 (응고, 방사) 조로서, 700 ml의 에탄올 p.a. 및 300 ml의 순수한 98% 포름산의 혼합물을 사용하였다. 비-연신된 섬유를 수득하고, 응고조에서 40분 동안 방치한 후, 50% 연신시키고 메탄올로 세정하였다. 직경이 22.5 ㎛인 24개의 기본 섬유를 가진 실크 케이블을 수득하였다.

실시예 2

공기 분위기에서, 집중적으로 교반하면서, 분자량이 1.7 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (CPN s.r.o., Dolni Dobrouc, Czech Republic) 6 g을 물 94 g에 용해시키고, NaOH 0.51 g을 첨가하여, 균질하며 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 용액을, 650　ml의 메탄올 p.s. 및 350 ml의 순수한 98% 포름산으로 이루어진 응고조에 직경이 0.4 mm인 노즐을 통해 습식 방사법으로 방사하였다. 노즐을 통한 방사 용액의 유속은 6 cm³·min^-1이었다. 비-연신된 섬유를 수득하고, 비-연신된 섬유에서와 유사한 방식으로, 응고조에 40분 동안 방치한 후, 이의 일부를 50% 연신시킨 다음, 메탄올로 세정하였다. 모노필라멘트 (개개의 기본 섬유로서)를 수득하였으며, 연신의 경우 65%의 상대 습도에서 조건화된 후, 상기 섬유의 강도는 1.635 mN·dtex^-1이고 연성은 8%였으며, 비-연신된 섬유의 경우 동일한 조건에서 조건화된 후, 섬유 강도는 0.588 mN·dtex^-1이고 24%의 연성을 나타내었다.

실시예 3

공기 분위기에서, 집중적으로 교반하면서, 분자량이 1.7 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (CPN s.r.o., Dolni Dobrouc, Czech Republic) 6 g을 물 94 g에 용해시키고, NaOH 0.51 g을 첨가하여, 균질하며 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 용액을, 700　ml의 메탄올 p.s. 및 300 ml의 순수한 98% 포름산으로 이루어진 응고조에 직경이 0.4 mm인 노즐을 통해 습식 방사법으로 방사하였다. 방치한 지 15분 후에 상기 섬유의 일부를 70% 연신시키고, 응고조에 40분 동안 방치한 후 상기 섬유의 제2 부분을 70% 연신시켰다. 40분 동안 조에 방치한 샘플의 강도는 (65%의 상대 습도에서) 1.647 cN·dtex^-1이고 연성은 8%로, 15분 동안만 방치한 샘플과 비교한 경우 그 강도는 0.945 cN·dtex^-1이며 연성은 7%인 것으로 밝혀졌다.

실시예 4

공기 분위기에서, 집중적으로 교반하면서, 분자량이 1.7 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (CPN s.r.o., Dolni Dobrouc, Czech Republic) 6 g을 물 94 g에 용해시키고, NaOH 0.64 g을 첨가하여, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 용액을, 700　ml의 메탄올 p.s. 및 300 ml의 순수한 98% 포름산으로 이루어진 응고조에 직경이 0.4 mm인 노즐을 통해 습식 방사법으로 방사하였다. 응고조에 투입되기 전에 공기를 통과하는 방사 용액의 선 궤도 (ray trajectory)는 1 cm였다. 비-연신된 섬유를 응고조에 15시간 방치한 후, 섬유를 80% 연신하고, 에탄올로 세정하고 건조하였다. 65%의 상대 습도의 공기에서 조건화한 후 강도가 2.829 cN·dtex^-1이고 연성이 9%인 섬유 모노필라멘트를 수득하였다. 이러한 방식으로 수득한 섬유 (도 1)로부터, 편물 (도 2) 및 패브릭 (도 3)을 만들었다.

실시예 5

공기 분위기에서, 집중적으로 교반하면서, 분자량이 1.7 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (CPN s.r.o., Dolni Dobrouc, Czech Republic) 6 g을 물 94 g에 용해시키고, NaOH 0.51 g을 첨가하여, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 용액을, 600　ml의 메탄올 p.a. 및 300 ml의 순수한 98% 포름산 및 100 g의 무수염화칼슘으로 이루어진 응고조에 직경이 0.4 mm인 노즐을 통해 습식 방사법으로 방사하였다. 노즐을 통한 방사 용액의 유속은 6 cm³·min^-1이었다. 상기 응고조에 방치한 지 30분 후에 비-연신된 섬유를 수득하고, 이를 60% 연신시킨 다음, 메탄올로 세정하였다. 65%의 상대 습도에서 조건화한 후 강도가 0.73 cN·dtex^-1이고 연성이 3.4%인 섬유 모노필라멘트를 수득하였다.

실시예 6

NaOH 수용액 2 ml (6.4 g의 NaOH 펠렛을 100 ml의 물에 투입하여 제조함) 및 H₂O (부분적으로 순수함 (demi pure)) 18 ml을 50 ml 비이커에서 혼합하였다. 분자량이 2.6 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (CPN s.r.o., Dolni Dobrouc, Czech Republic) 1.6 g을 자기 혼합기 Heidolph를 이용해 매우 집중적으로 교반 (1400 rpm)하면서 서서히 첨가하였다. 용액의 점도를 증가시키면서 교반 회전속도를 점점 감소시켜, 용액의 교반을 유지시켰다. 히알루론산염의 농도가 7.4%인 상기 용액을 18시간 동안 교반하여, 완전히 균질되게 하였다. 그런 다음, 상기 용액을 20 ml 주사기에 붓고, 단시간 (수 분) 동안 열어두어, 방울 (bubble)을 제거한 다음, 피스톤으로 주사기를 밀폐시켰다.

프로판-2-올 및 98% 아세트산을 1:4의 부피비로 혼합한 다음, 이 혼합물을 부피가 500 ml인 하이 그래쥬에이티드 실린더 (high graduated cylinder)에 부어서, 응고조를 제조하였다. Chemyx 사의 선형 펌프 Nexus 5000에 주사기를 위치시켰다. Luer-lock 시스템의 45 cm 호스 (hose)를 주사기에 연결하고, 입 직경 (mouth diameter)이 0.26 mm인 바늘 Hamilton N NEEDLE (26/51/3)을 상기 호스의 말단에 연결하였다. 상기 바늘을 조에 표면으로부터 대략 5 cm 아래로 침지시켰다. 그런 다음, 방사 과정을 시작하였다. 상기 섬유를 궤도가 약 35 cm (나선형 이동)인 그레쥬에이티드 실린더의 하부에 떨어뜨리고, 이곳에 점차 쌓이게 하였다. 상기 과정 동안, 섬유는 함께 교착될 수 있지만, 응고조로부터 제거된 후 상기 섬유는 매우 용이하게 풀릴 수 있다. 방사 과정을 마친 후, 섬유의 말단을 잡고, 섬유를 조로부터 퍼포레이티드 릴 (perforated reel)로 제거하여, 이 릴에서 섬유를 점차 건조시키고 휘발성 침전물을 증발시켰다.

제조된 섬유 (도 4)는 분자량이 170.5 kDa이고 다분산성 (polydispersity)이 1.751 (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산으로 이루어진다. 상기 섬유의 강도를 파단 시험 기계인 Instron 3343을 이용해 측정하였다.

파단 시험 기계인 Instron 3343을 이용한 강도 측정의 결과
측정 번호	파단 시 하중 (N)	파단 시 상대 인장 변형 (%)	파단 시 인장 응력 (MPa)	영률 (MPa)
1	1.549	49.949	136.918	4818.308
2	1.657	45.044	146.511	4789.980
3	1.623	43.578	143.541	4789.634
4	1.664	31.743	147.131	4525.190
5	1.661	36.183	146.873	4387.297
6	1.626	52.971	143.807	4928.441
7	1.691	47.089	149.539	4926.704
8	1.695	38.702	149.899	4601.137
9	1.584	49.432	140.030	5107.897
10	1.599	67.298	141.383	4985.042
11	1.539	54.573	136.109	4920.572
12	1.581	62.878	139.778	4933.848
13	1.742	48.667	154.026	5128.864
14	1.652	40.321	146.068	4932.798
15	1.722	43.583	152.226	5161.790
평균값	1.639	47.467	144.923	4862.500
중앙값	1.652	47.089	146.068	4926.704
분산계수	3.700	19.999	3.700	4.526
표준편차	0.061	9.493	5.363	220.075

실시예 7

공기 분위기에서, 집중적으로 교반하면서, 분자량이 1.7 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (CPN s.r.o., Dolni Dobrouc, Czech Republic) 6 g을 물 94 g에 용해시키고, NaOH 0.64 g을 첨가하여, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 용액을, 총 부피가 250 ml인 응고조에 직경이 0.4 mm인 노즐을 통해 습식 방사법으로 방사하였다. 30분 후, 수득된 섬유를 상기 응고조로부터 제거하고, 약 30% 연신시키고, 메탄올로 세정하고, 건조시켰다.

섬유 길이가 50 mm인 섬유의 기계적 특성. 측정은 7회 반복함. 언급한 값은 평균값임.
실시예	응고조의 조성	섬유 직경 /mm/	섬도 (tex)	하중 (N)	인장 변형 (mm/mm)	영률 (gf/tex)	강도 [MPa]	상대 강도 (cN/dtex)
7.1	30% (vol.) MeOH + 70% (vol.) CH₃COOH	0.1544	27.82	2.26	0.07	276.45	121	0.813
7.2	30% (vol.) 2-프로판올 + 70% (vol.) CH₃COOH	0.0897	12.50	1.70	0.11	286.59	269	1.36
7.3	30% (vol.) EtOH + 70% (vol.) CH₃COOH	0.1870	20.46	2.53	0.16	252.89	92.1	1.237
7.4^{* x}	90% (vol.) CH₃COOH + 10% (vol.) H₂O	0.1878	28.77	1.85	0.07	180.09	66.82	0.64
7.5^*	90% (vol.) CH₃COOH + 10% (vol.) EtOH	0.1923	32.05	2.81	0.09	240.63	96.8	0.8781
^* 습식 방사 공정 ^x WO 2009/050389 호에 따른 방법

응고조에서 여러 종류의 알코올을 이용해 실험을 수행하였다. 알코올로는 메탄올, 글리콜, 1,2-프로판디올, 2-프로판올 및 에탄올을 사용하였으며, 주로 기술적인 이유로 (조로부터의 용이한 제거, 섬유 풀림 등), 이 중에서도 메탄올, 에탄올 및 2-프로판올이 가장 바람직한 것으로 여겨졌다. 상기 표는, 알코올을 응고조에 첨가하면 섬유 강도가 증대됨을 의미한다.

실시예 8 (비교예)

NaOH 수용액 2 ml (6.4 g의 NaOH 펠렛을 100 ml의 물에 첨가하여 제조함) 및 H₂O (부분적으로 순수함) 18 ml을 50 ml 비이커에서 혼합하였다. 분자량이 2.6 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (CPN s.r.o., Dolni Dobrouc, Czech Republic) 1.6 g을 자기 혼합기 Heidolph를 이용해 매우 집중적으로 교반 (1400 rpm)하면서 서서히 첨가하였다. 용액의 점도를 증가시키면서 교반 회전속도를 점점 감소시켜, 용액의 교반을 유지시켰다. 히알루론산염의 농도가 7.4%인 상기 용액을 18시간 동안 교반하여, 완전히 균질하게 하였다. 그런 다음, 상기 용액을 20 ml 주사기에 붓고, 단시간 (수 분) 동안 열어두어, 방울을 제거한 다음, 피스톤으로 주사기를 밀폐시켰다.

표 4의 설명에 따라 응고조를 부피가 500 ml인 하이 그래쥬에이티드 실린더에서 제조하였다. Chemyx 사의 선형 펌프 Nexus 5000에 주사기를 위치시켰다. Luer-lock 시스템의 45 cm 호스를 주사기에 연결하고, 입 직경이 0.26 mm인 바늘 Hamilton N NEEDLE (26/51/3)을 상기 호스의 말단에 연결하였다. 상기 바늘을 조에 표면으로부터 대략 5 cm 아래로 침지시켰다. 주사기 및 공급 속도의 파라미터를 펌프에서 세팅하였다. 그런 다음, 방사 과정을 시작하였다. 개개의 산의 영향을 나타낸 결과를 하기 표 4에 요약한다.

실시예	응고조의 조성	특성
8.1	시트르산, 포화 용액 (1.3 kg/l)	형성된 섬유는 조에서 그 모양을 유지하며, 표면에서 유지하고, 꼬임. 공기 중에서는 그 모양을 유지하지 않음.
8.2	시트르산, 포화 용액 + H₂O (3:1)	형성된 섬유는 조에서 그 모양을 유지하며, 표면에서 유지하고, 꼬임. 시간 동안에, 슬러시화되고 용해됨.
8.3	시트르산, 포화 용액 + H₂O (1:1)	처음부터, 섬유는 매우 불량하게 형성되고, 표면에서 유지됨. 슬러시화가 매우 급속하게 진행되고, 어느 정도의 시간이 지난 후 용융됨.
8.4	HNO₃ conc. (68%)	섬유가 상승하고, 꼬이고, 응고되고, 점자 용융됨.
8.5	HNO₃ conc. + H₂O (3:1)	섬유가 상승하고, 꼬이고, 응고되고, 점자 용융됨.
8.6	HNO₃ conc. + H₂O (1:1)	섬유가 상승하고, 꼬이고, 응고되고, 매우 신속히 용융됨
8.7	HCl conc. (36%)	섬유가 형성되지만, 노즐을 떠난 후, 약 2 cm만 그 모양을 유지한 다음, 용융됨.
8.8	HCl conc. + H₂O (3:1)	섬유가 형성되지 않음.
8.9	HCl conc. + H₂O (1:1)	섬유가 형성되지 않음.
8.10	H₃PO₄ conc. (85%)	섬유가 형성되고 상승하며, 그 모양을 유지하고, 조로부터 제거될 수 있음. 섬유의 강도는 낮게 나타나며; 기계적 특성은 측정하지 않았음.
8.11	H₃PO₄ conc. + H₂O (3:1)	섬유가 형성되고 상승하며, 그 모양을 유지하고, 조로부터 제거될 수 있음. 기계적 특성은 비희석 산의 경우보다 더 불량함.
8.12	H₃PO₄ conc. + H₂O (1:1)	섬유가 형성되고 상승하며, 그 모양을 유지하고, 조로부터 제거될 수 있음. 기계적 특성은 비희석 산의 경우보다 더 불량함.

조성물의 모든 비율은 부피비이다. H₃PO₄는 85%, HCl은 36%, HNO₃는 68%이다. 시트르산을 포화 용액 (1.3 kg/l H₂O)으로서 제조하였다.

전술한 표는, 시험한 모든 산 중에서, H₃PO₄만 부직포의 제작에 사용될 수 있는 섬유를 형성하고 유지할 수 있게 하기 때문에 적합함을 의미한다. 또한, 응고조에 물이 존재하면 섬유 형성 과정을 저하하는 것이 명백하다.

실시예 9

공기 분위기에서, 집중적으로 교반하면서, 분자량이 1.7 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (CPN s.r.o., Dolni Dobrouc, Czech Republic) 6 g을 물 94 g에 용해시키고, NaOH 0.51 g을 첨가하여, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 교반을 시작한 지 1시간 후, 상기 제조된 용액을, 700 ml의 메탄올 p.a. 및 300 ml의 순수한 98% 포름산으로 이루어진 응고조에 직경이 0.4 mm인 노즐을 이용해 점성이 높은 용액을 방사할 수 있게 하는 장치에서 습식 방사법으로 방사하였다. 응고조에서 방치한 지 30분 후, 섬유를 80% 연신시키고, 상기 연신된 섬유를 메탄올로 세정하고, 20℃에서 건조시켰다. (65%의 상대 습도에서) 상기 섬유의 강도는 1.94 cN/dtex이고 연성은 8%였다.

실시예 10

공기 분위기에서, 집중적으로 교반하면서, 분자량이 1.7 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (CPN s.r.o., Dolni Dobrouc, Czech Republic) 6 g을 물 94 g에 용해시켰다. 교반을 시작한 지 30분 후, 증류수 10 ml 중 CaCl₂ . 2H₂O 0.1978 g을 첨가하여, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 제조된 용액을, 650 ml의 메탄올 p.a. 및 350 ml의 순수한 98% 포름산으로 이루어진 응고조에 직경이 0.4 mm인 노즐을 통해 습식 방사법으로 방사하였다. 노즐을 통한 방사 용액의 유속은 6 cm³·min^-1이었다. 응고조에서 방치한 지 40분 후, 수득한 비-연신된 섬유를 60% 연신시키고, 메탄올로 세정하고, 실온에서 건조시켰다. 수득한 섬유의 섬도는 18.45 tex이고, 직경은 99.89 ㎛이며, 강도는 1.182 cN/dtex (0.2784 Gpa)였다.

Ca² ⁺ 함량 = 1013 [mg.kg^-1] .

실시예 11

실시예 4에서 기술된 방법을 초기 강도가 2.829 cN/dtex (0.3539 GPa) - 파단 시 신장이 9%인 섬유 (연신, 건조)의 제조에 사용하였다. 상기 섬유를, 2 g의 크롬 명반 (KCr(SO₄)₂.　12　H₂O), 650　ml의 메탄올 p.a., 350 ml의 순수한 98% 포름산 및 10 ml의 물의 조성을 가진 금속화조에 침지시켰다. 상기 섬유를 실온에서 24시간 동안 상기 조에 방치하였다. 이 시간이 지난 후, 와인딩 (winding)하는 섬유를 상기 조로부터 제거하고, 메탄올로 세정하고, 실온에서 건조시켰다. 제조된 섬유의 강도는 1.097 cN/dtex (0,1954 GPa)이고, 파단 시 신장은 3%이다.

Cr³ ⁺ 함량 = 990.9 [mg.kg^-1] .

실시예 12

실시예 4에서 기술된 방법을 초기 강도가 1.715 cN/dtex (0.2290 GPa) - 파단 시 신장이 6%인 섬유 (연신, 건조)의 제조에 사용하였다. 상기 섬유를, 2 g의 황산제2 구리 (CuSO₄ .5H₂O), 650　ml의 메탄올 p.a., 350 ml의 순수한 98% 포름산 및 10 ml의 물의 조성을 가진 금속화조에 침지시켰다. 상기 섬유를 실온에서 24시간 동안 상기 조에 방치하였다. 이 시간이 지난 후, 와인딩하는 섬유를 상기 조로부터 제거하고, 메탄올로 세정하고, 실온에서 건조시켰다. 제조된 섬유의 강도는 1.197　cN/dtex (0.1826 GPa)이고, 파단 시 신장은 4%이다.

Cu² ⁺ 함량 = 3780 [mg.kg^-1] .

실시예 13

분자량이 1.79 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (6 g)을 물 (94 g)에 용해시키고, 공기 분위기에서 집중적으로 교반하면서, NaOH (0.64 g)를 첨가하였다. 교반을 시작한 지 30분 후, 10 ml 증류수 중 0.387 g ZnSO₄·7H₂O (분자량 287.558)을 첨가하여, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 수득할 때까지 계속 교반하였다. 상기 용액을, 650 ml의 메탄올 p.a. 및 350 ml의 순수한 98% 포름산으로 이루어진 응고조에 직경이 0.4 mm인 노즐을 통해 습식 방사법으로 방사하였다. 노즐을 통한 방사 용액의 유속은 6 cm³·min^-1이었다. 응고조에서 방치한 지 30분 후, 수득한 비-연신된 섬유를 60% 연신시키고, 메탄올로 세정하고, 실온에서 건조시켰다. 수득한 섬유의 섬도는 18.87 tex이고, 직경은 123.49 ㎛이며, 강도는 1.298 cN/dtex (0.2046　GPa)였다. Zn² ⁺ 함량: 1104 [mg.kg^-1].

실시예 14

분자량이 1.79 MDa [샘플 라벨 290110 - 2](SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (6 g)을 물 (94 g)에 용해시키고, 공기 중에서 집중적으로 교반하면서 NaOH (0.64 g)를 첨가하였다. 모든 성분들을 교반하여, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 용액을, 650 ml의 메탄올 p.a. 및 350 ml의 순수한 98% 포름산으로 이루어진 응고조에 직경이 0.4 mm이며 에어 갭이 1 cm인 노즐을 통해 습식 방사법으로 방사하였다. 노즐을 통한 방사 용액의 유속은 6 cm³·min^-1이었다. 응고조에서 방치한 지 40분 후, 수득한 비-연신된 섬유를 60% 연신시키고, 메탄올로 세정하였다. 250 ml의 프로판-2-올 중 4 g의 크롬 트리클로라이드 (6수화물) 및 2 g의 무수탄산나트륨의 조성을 가진 용액에서 여전히 습윤성인 섬유를 "금속화"하였다. 방치 시간은 21일이었다. 금속화조로부터 제거한 후, 상기 섬유를 메탄올로 세정하고 실온에서 건조시켰다. 수득된 섬유는 실온에서 물에 불용성이었다.

Cr³ ⁺ 이온의 함량: 2217 [mg.kg^-1].

섬유의 기계적 파라미터: 강도 1.097 cN/dtex (0.1954 GPa), 파단 시 신장 3%.

실시예 15

분자량이 1.79 MDa [샘플 라벨 290110 - 2](SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (6 g)을 물 (94 g)에 용해시키고, 공기 분위기에서 집중적으로 교반하면서 NaOH (0.64 g)를 첨가하였다. 모든 성분들을 교반하여, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 용액을, 650 ml의 메탄올 p.a. 및 350 ml의 순수한 98% 포름산으로 이루어진 응고조에 직경이 0.4 mm이며 에어 갭이 1 cm인 노즐을 통해 건-습식 방사법으로 방사하였다. 노즐을 통한 방사 용액의 유속은 6 cm³·min^-1이었다. 응고조에서 방치한 지 40분 후, 수득한 비-연신된 섬유를 60% 연신시키고, 메탄올로 세정하였다. 250 ml의 2-프로판올 중 4 g의 크롬 트리클로라이드 (6수화물) 및 2 g의 무수탄산나트륨의 조성을 가진 금속화조에서 건조한 섬유를 "금속화"하였다. 방치 시간은 21일이었다. 금속화조로부터 제거한 후, 상기 섬유를 메탄올로 세정하고 실온에서 건조시켰다.

수득된 섬유는 실온에서 물에 불용성이었다.

Cr³ ⁺ 이온의 함량: 1445 [mg.kg^-1].

섬유의 기계적 파라미터: 강도 1.93 cN/dtex (0.377 GPa), 파단 시 신장 6%.

실시예 16

분자량이 1.79 MDa [샘플 라벨 290110 - 2](SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (5.94 g)을 물 (94 g)에 용해시키고, 공기 분위기에서 집중적으로 교반하면서 NaOH (0.64 g)를 첨가하였다. 상기 용액에, 실시예 11에서 제조한 섬유 (Cr³ ⁺ 함량 = 990.9 [mg.kg^-1]) 0.06 g을 첨가하였다. 상기 용액을 교반하여, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 제조하였다. 상기 용액을, 650 ml의 메탄올 p.a. 및 350 ml의 순수한 98% 포름산으로 이루어진 응고조에 직경이 0.4 mm이며 에어 갭이 1 cm인 노즐을 통해 건-습식 방사법으로 방사하였다. 노즐을 통한 방사 용액의 유속은 6 cm³·min^-1이었다. 응고조에서 방치한 지 40분 후, 수득한 비-연신된 섬유를 60% 연신시키고, 메탄올로 세정하였다. Cr³ ⁺ 함량 = 9.8 [mg.kg^-1]인 섬유를 수득하였다.

실시예 17

분자량이 1.79 MDa [샘플 라벨 290110 - 2](SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (6 g)을 물 (94 g)에 용해시키고, 집중적으로 교반하면서, NaOH (0.64 g)를 첨가하였다. 모든 성분들을 교반 및 용해시켜, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 용액을, 650 ml의 메탄올 p.a. 및 350 ml의 순수한 98% 포름산으로 이루어진 응고조에 직경이 0.4 mm이며 에어 갭이 1 cm인 노즐을 통해 습식 방사법으로 방사하였다. 노즐을 통한 방사 용액의 유속은 6 cm³·min^-1이었다. 응고조에서 방치한 지 40분 후, 수득한 비-연신된 섬유를 60% 연신시키고, 메탄올로 세정하였다. 650 ml의 메탄올 p.a. 및 350　ml의 98% 순수한 포름산의 혼합물 중 16 g의 황산제2 구리 (5수화물)의 조성을 가진 용액에서 여전히 습윤성인 섬유를 "금속화"하였다. 방치 시간은 21일이었다. 금속화조로부터 제거한 후, 상기 섬유를 메탄올로 세정하고 실온에서 건조시켰다.

수득된 섬유는 실온에서 물에 가용성이었다.

Cu² ⁺ 이온의 함량: 52418 [mg.kg^-1].

섬유의 기계적 파라미터: 강도 1.197 cN/dtex (0.1826 GPa), 파단 시 신장 4%.

실시예 18 (비교예)

분자량이 1.7 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (6 g, CPN s.r.o. Dolni Dobrouc, Czech Republic)을 물 (94 g)에 용해시키고, 공기 분위기에서 집중적으로 교반하면서 NaOH (0.64 g)를 첨가하여, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 용액을, 물 및 200 g의 염화칼슘 6수화물의 조성을 가진 응고조 (1 리터)에 직경이 0.4 mm인 노즐을 통해 습식 방사법으로 방사하였다. 연신율이 불량한 섬유를 수득하였으며, 한동안 파단 시 강도가 0.49 cN/dtex이며, 파단 시 신장이 2.6%이다.

실시예 19 (비교예 - WO 2009/050389 호에 따라 제조됨)

분자량이 1.7 MDa (SEC-MALLS 방법에 의해 측정됨)인 히알루론산나트륨 (6 g, CPN s.r.o. Dolni Dobrouc, Czech Republic)을 물 (94 g)에 용해시키고, 공기 분위기에서 집중적으로 교반하면서 NaOH (0.64 g)를 첨가하여, 방사에 적합하며 균질하고 유동성이 양호한 점성 용액을 수득하였다. 상기 용액을, 900　ml의 농축 아세트산 및 100 ml의 증류수의 조성을 가진 응고조에 직경이 0.4 mm인 노즐을 통해 습식 방사법으로 방사하였다. 노즐을 통한 방사 용액의 유속은 6 cm³·min^-1이었다. 응고조에서 방치한 지 30분 후, 수득한 비-연신된 섬유를 50% 연신시킨 다음, 20℃에서 건조시켰다. 강도가 0.64 cN/dtex (66.82 MPa)인 모노필라멘트를 수득하였다.

하기 표는, 실시예 3 및 4에 따라 제조한 섬유와의 비교를 동일한 도면을 찾조로 나타낸 것이다.

방법	섬유의 강도 (cN/dtex)	파단 시 하중 (MPa)
WO 2009/050389 호 (실시예 19 - 비교예)에 따라 제조한 섬유	0.64	66.82
본 특허 출원의 실시예 3에 따라 제조한 섬유	1.647	248.5
본 특허 출원의 실시예 4에 따라 제조한 섬유	2.829	353.6

Claims

히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 기재로 하는 섬유를 제조하는 방법으로서,
히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 포함하는 방사 수용액을 제조하여, 이를 1 중량% 내지 99 중량%의 알코올, 1 중량% 내지 99 중량%의 산, 및 10 중량% 이하의 물을 포함하는 응고조 (coagulation bath)에서 방사한 후, 섬유를 세정하고, 세정 후 상기 섬유를 건조하는 단계를 포함하며,
상기 응고조의 온도는 18℃ 내지 30℃인 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 항에 있어서,
상기 응고조에서의 방사 후, 1초 내지 48시간 동안 상기 응고조에서의 상기 섬유의 숙성 단계, 및 1.1 내지 7의 범위의 연신비 (drawing ratio)에서의 상기 섬유의 연신 (drawing) 단계를 포함하는 군으로부터 선택되는 한 가지 이상의 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물의 방사 수용액을, 0.001 N 내지 10　N의 염기 및 0.01 중량% 내지 8 중량%의 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 포함하도록 제조한 다음, 상기 수용액을 1 중량% 내지 99 중량%의 알코올, 1 중량% 내지 99 중량%의 산, 및 10 중량% 이하의 물을 포함하는 상기 응고조에서 노즐을 통해 방사한 후, 상기 섬유를 알코올로 세정하고 건조하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사 수용액은 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물, 및 LiOH, NaOH, KOH, Li₂CO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, LiHCO₃, NaHCO₃ 및 KHCO₃로 이루어진 군으로부터 선택되는 염기를 포함하며,
상기 응고조는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올 및 2-프로판올을 포함하는 군으로부터 선택되는 알코올, 및 포름산, 아세트산, 프로피온산 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 산을 포함하며,
상기 세정은 메탄올, 에탄올, 1-프로판올 및 2-프로판올을 포함하는 군으로부터 선택되는 알코올로 수행하고,
상기 건조는 20℃ 내지 80℃의 온도에서 공기 중에 또는 질소나 CO₂ 분위기 중에 1시간 내지 5일 동안 방치함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물이 100 kDa 내지 3 MDa 범위의 분자량을 가지고,
상기 히알루론산의 금속 화합물이 Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca² ⁺, Mg² ⁺ 염을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사 수용액이 불활성 분위기에서 제조되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 응고조가 40 중량% 내지 70 중량%의 메탄올 또는 에탄올, 30 중량% 내지 60 중량%의 포름산 또는 아세트산, 및 5 중량% 이하의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
농도가 0.001 N 내지 10 N인 염기의 용액을 우선 제조한 다음, 상기 용액에 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 교반하면서 서서히 투입하여 농도가 0.01 중량% 내지 8 중량%인 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물의 용액을 수득하고, 제조된 용액을 18℃ 내지 35　℃의 온도에서 20분 내지 10시간 동안 균일한 용액이 형성될 때까지 교반함으로써, 상기 방사 수용액을 제조하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물의 방사 수용액이 0.001 N 내지 10　N의 염기, 0.01 중량% 내지 8 중량%의 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물 및 금속염을 포함하며,
상기 금속염의 양은 상기 방사 수용액에서의 금속의 용해도에 의해 주어지며,
상기 방사 수용액에서의 전이 금속의 양은 히알루론산 및 이의 금속 화합물의 총 양의 1 kg 당 10 mg 이하인 것을 특징으로 하는, 방법.
제9 항에 있어서,
상기 금속염이 Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca² ⁺, Mg² ⁺, Cr³ ⁺, Mn² ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu²⁺, Zn² ⁺로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속의 수산화물, 탄산염, 중탄산염, 아세트산염, 포름산염, 염화물, 황산염, 불소화물, 질산염 및 수화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제9 항 또는 제10 항에 있어서,
농도가 0.001 N 내지 10 N인 염기의 용액을 우선 제조하고, 상기 용액에 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 교반하면서 서서히 투입하여 농도가 0.01 중량% 내지 8 중량%인 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물의 용액을 수득한 다음, 금속염을 상기 용액에 첨가하여 전이 금속의 최대량이 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물의 총 양 1 kg 당 10 mg이게 만들고, 그런 후, 제조된 용액을 18℃ 내지 35　℃의 온도에서 20분 내지 10시간 동안 균일한 용액이 형성될 때까지 교반하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 응고조가 알코올 및 산 및 하나 이상의 금속염을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제12 항에 있어서,
상기 금속염이, 농도가 0.01 N 내지 10 N 농도의, Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca² ⁺, Mg² ⁺, Cr³⁺, Mn² ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺, Zn² ⁺ 로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속의 수산화물, 탄산염, 중탄산염, 아세트산염, 포름산염, 염화물, 황산염, 불소화물, 질산염, 및 이들 염의 수화물을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제12 항 또는 제13 항에 있어서,
상기 응고조가 5 중량% 내지 95 중량%의 알코올, 5 중량% 내지 95 중량%의 산, 및 10 중량% 이하의 물로 이루어진 혼합물 중의 칼슘염의 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세정된, 또는 상기 세정 및 건조된 섬유를 금속염 및 알코올을 포함하는 금속화조 (metallization bath)에 20분 내지 21일 동안 넣은 다음, 상기 섬유를 세정 및 건조하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제15 항에 있어서,
상기 금속염이 Mn² ⁺, Ca² ⁺, Cr³ ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺, Zn² ⁺ 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 금속의 아세트산염, 포름산염, 염화물, 황산염, 불소화물, 질산염, 및 이들 염의 수화물을 포함하는 군으로부터 선택되며,
상기 알코올이 메탄올, 에탄올, 1-프로판올 및 2-프로판올을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제15 항 또는 제16 항에 있어서,
상기 금속화조가 5·10^-5 M 내지 1·10^-2 M 농도의 금속염, 1 중량% 내지 99　중량%의 알코올, 1 중량% 내지 99 중량%의 포름산, 아세트산, 프로피온산 또는 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 산, 및 10 중량% 이하의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제15 항 또는 제16 항에 있어서,
상기 금속화조가 농도가 5·10^-5 M 내지 1·10^-1 M인 금속염, 1 중량% 내지 99　중량%의 알코올, 및 10 중량% 이하의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제18 항에 있어서,
상기 금속화조가 LiOH, NaOH, KOH, Li₂CO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, LiHCO₃, NaHCO₃ 및 KHCO₃를 포함하는 군으로부터 선택되는 염기를 5·10^-5 N 내지 1 N의 농도로 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사 수용액이 0.001 N 내지 10 N의 염기, 0.01 중량% 내지 8 중량%의 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물, 및 Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca² ⁺, Mg² ⁺, Mn² ⁺, Fe² ⁺, Fe³⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺, Zn² ⁺를 포함하는 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 히알루론산 섬유를 포함하며,
상기 히알루론산의 섬유에서 Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺ 및 Cr³ ⁺의 최대 총 함량이 1·10^-3　중량%인 것을 특징으로 하는, 방법.
제20 항에 있어서,
상기 방사 수용액 내 히알루론산 섬유가 제8 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 섬유인 것을 특징으로 하는, 방법.
제20 항 또는 제21 항에 있어서,
농도가 0.001 N 내지 10 N인 염기의 용액을 우선 제조하고, 상기 용액에 금속 및 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 포함하는 히알루론산 섬유를 교반하면서 서서히 투입하여, 히알루론산 섬유 및 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물의 총 농도가 0.01 중량% 내지 8 중량% 범위인 용액을 수득한 다음, 제조된 용액을 18℃ 내지 35　℃의 온도에서 20분 내지 10시간 동안 균일한 용액이 형성될 때까지 교반하는 것을 특징으로 하는, 방법.
히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 기재로 하는 섬유로서,
분자량이 100 kDa 내지 3 MDa의 범위인 히알루론산 및/또는 이의 금속 화합물을 포함하며,
섬유, 모노필라멘트, 1차 섬유 (primary fiber)의 직경이 4 ㎛ 내지 1 mm이며,
선형 밀도가 0.1 g/1000 m 내지 30 g/1000 m (0.1 tex 내지 30 tex)이며,
인장 강도가 0.65 cN·dtex^-1내지 3 cN·dtex^-1이고,
루프 강도 (loop strength)가 인장 강도의 20% 내지 80%인 것을 특징으로 하는, 섬유.
제23 항에 있어서,
Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca² ⁺, Mg² ⁺, Cr³ ⁺, Mn² ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Co² ⁺, Co³ ⁺, Cu² ⁺, Zn² ⁺를 포함하는 군으로부터 선택되는 금속을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 섬유.
직경이 4 ㎛ 내지 1 mm이며, 선형 밀도가 0.1 g/1000 m 내지 30 g/1000 m (0.1 tex 내지 30 tex)이며, 인장 강도가 0.65 cN·dtex^-1내지 3 cN·dtex^-1이고, 루프 강도가 인장 강도의 20% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 1차 섬유를 2개 내지 50개 포함하는, 실크 타우 (silk tow).
직경이 4 ㎛ 내지 1 mm이며, 선형 밀도가 0.1 g/1000 m 내지 30 g/1000 m (0.1 tex 내지 30 tex)이며, 인장 강도가 0.65 cN·dtex^-1내지 3 cN·dtex^-1이고, 루프 강도가 인장 강도의 20% 내지 80%인 섬유, 및/또는 직경이 4 ㎛ 내지 1 mm이며, 선형 밀도가 0.1 g/1000 m 내지 30 g/1000 m (0.1 tex 내지 30 tex)이며, 인장 강도가 0.65 cN·dtex^-1내지 3 cN·dtex^-1이고, 루프 강도가 인장 강도의 20% 내지 80%인 실크 타우의, 직물 및 부직포의 생산에서의 용도.