KR20140057655A - 분산을 생산하기 위한 방법 및 분산제로서 단백질 가수분해물의 이용 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분산을 생산하기 위한 방법 및 분산제로서 단백질 가수분해물의 이용에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 현탁액을 생산하기 위한 방법뿐만 아니라 현탁액 내의 분산제로서 단백질 가수분해물의 이용에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 분산제들로서 특히 극성과 무극성 측기들을 갖는 아미노산의 연속적인 서열을 갖는 단백질들의 가수분해물들을 이용하는 것이 제안된다.

Description

분산을 생산하기 위한 방법 및 분산제로서 단백질 가수분해물의 이용{METHOD FOR PRODUCING A DISPERSION AND USE OF PROTEIN HYDROLYSATES AS DISPERSANTS}
본 발명은 분산을 생산하기 위한 방법 및 분산제(dispersant 또는 dispersing agent)로서 단백질 가수분해물(protein hydolysate)의 이용에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 현탁액(suspension)을 생산하기 위한 방법 및 현탁액 내의 분산제로서 단백질 가수분해물의 이용에 관한 것이다.
분산은 다양한 기술 영역에서 중요한 역할을 한다. 일반적인 분산은 그렇지 않으면 서로 용해될 수 없는 물질들의 불균일 혼합물(heterogeneous mixture)을 언급한다. 이것들은 동일한 집합 상태(aggragate state)의 물질들의 혼합물들이거나 또는 서로 다른 집합 상태의 물질들의 혼합물들일 수 있다. 매체 내에 분산되는 물질은 분산되는(dispersed) 또는 분산(disperse) 상으로서 언급되며 분산 상이 분포되는 매체는 분산제로서 언급된다. 분산 상과 분산제의 집합 상태에 따라, 혼합물(고체/고체), 현탁액(고체/액채) 또는 에멀전(액체/액체)으로 불린다. 다른 형태의 분산들은 거품(foam, 가스/액체)들 및 에어로졸들(액체/가스)이다.
게다가, 분산들은 분산 상의 입자 크기와 관련하여 구별될 수 있다. ＜ 1 ㎚의 분산 상의 입자 크기에 대하여 분자적 분산적 용해 상(molecularly dispersively dissolved phase)으로 부르고, 1 ㎚와 1 ㎛ 사이의 입자 크기에 대하여 일반적으로 콜로이드 모양의 용해 상(colloidally dissolved phase)으로 부르며, ＞ 1 ㎛의 입자 크기에 대하여 조 분산적 용해 상(coarse dispersively dissoloved phase)으로 부른다.
기술적으로 중요한 형태의 분산은 액체 내의 고체의 혼합물들인, 현탁액들이다. 여기서, 액체들은 수성 시스템들 또는 오일들과 같은 소수성 물질들이다. 산업적으로 이용되는 현탁액들의 예들은 벽 또는 천장 페인트들이다. 게다가, 예를 들면, 현탁액들은 광석 또는 석탄 처리 분야 혹은 종이 제조에서 이용되는 것과 같은 부유 공정들에 적용된다. 세제 기술 분야에서 또한 현탁액들은 중요한 역할을 하는데, 그 이유는 세척되는 직물의 먼지 입자들이 세탁액 내로 이동되어야만 하기 때문이다.
지금까지 계면활성제들은 분산들을 생산하기 위한 분산제들로서 이용된다. 계면활성제들은 시스템 내의 서로 다른 두 상들 사이의 계면 장력(interfacial tension)을 감소시키는 특성을 갖는다. 이러한 특성은 계면활성제들이 그것들의 분자 구조 내에 친수성 및 소수성 영역들을 포함한다는 사실에 의해 야기된다. 예를 들면, 수성 분산에서 계면활성제의 친수성 영역들은 수성 상을 향하여 지향하나, 소수성 영역들은 분산 상, 예를 들면, 고체를 향하여 지향한다. 이러한 형태의 지향에 의해, 혼합되지 않는 상들 사이에 만연하는 계면 장력은 분산 매체 내의 분산 상의 상응하는 분산이 가능한 정도로 감소된다.
모든 계면활성제는 그것들의 분자 내에 극성 친수성 부뿐만 아니라 무극성 소수성 부를 포함한다. 분자 구조의 극성 부의 전하에 따라 비이온, 음이온, 양이온 및 양쪽성(amphionic) 계면활성제로 구분한다.
표면 활성 분산제로서 이용되는 화합물들의 또 다른 종류는 폴록사머(poloxamer)들이다. 폴록사머들은 친수성 및 소수성 영역들을 갖는, 에틸렌옥사이드(ethylene oxide)와 프로필렌 옥사이드(prophylene oxide)의 블록 공중합체(block copolymer)들이다. 여기서, 양쪽성 특성들이 획득되는 것과 같이 에틸렌 옥사이드 유닛들은 친수성 부를 형성하고, 프로필렌 옥사이드 유닛들은 소수성 부를 형성한다. 폴록사머들은 화학 기술 산업에서 분산과 유화(emulsification)를 위하여 이용되는, 낮은 발포 및 발포 억제 비이온 계면활성제들이다.
특히 폴록사머의 단점은 그것들이 자주 매우 제한된 생물분해성을 갖는다는 것이다.
따라서 분산을 생산하기 위한 대안의 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 방법에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 방법의 실시 예들은 종속항들과 뒤따르는 설명에서 알 수 있다.
놀랍게도, 단백질 가수분해물은 분산의 생산을 위한 분산제로서 적절한 것으로 알려져 왔다.
단백질들은 물질 운반자로서 역할을 하며, 그중에서도 근육들 내의 수축성 단백질, 건(tendon)과 결합 조직 내의 콜라겐 섬유들, 피부와 모발 또는 깃털 내의 케라틴(keratin)들로서 발견된다. 그것들은 원자재 기반으로서 매우 많은 양으로 이용가능하고 가수분해에 의해 단백질 가수분해물로 전환될 수 있다.
단백질 자체는 펩티드 결합에 의해 서로 사슬에 결합되는 알파(α) 아미노산들로 구성된다, 따라서 형성된 사슬들은 스스로 알파 헬릭스, 베타 시트(β-sheet), 베타 회전(β-turn) 또는 불규칙 코일(rndom coil) 구조들의 이차 구조 내의 수소 다리 결합을 지향하며, 차례로 이황화물 다리들(difulfide bridge)에 대한 3차 구조를 지향한다. 단백질들이 형성되는, 이전에 알려진 단백질을 구성하는 아미노산들은 다음의 일반적인 일차 구조를 갖는다:
Figure pct00001
단백질들에서 발견되는 모든 아미노산은 α-아미노산들인데, 즉, 그것들은 카르복실 기에 대한 위치 내에 아미노기를 지닌다. 개별 아미노산들은 그것들의 잔기(R)가 다르다. 이러한 서로 다른 알파 측기(side group)들에 따라 아미노산들은 4 그룹으로 분류될 수 있다:
- 무극성 측기들을 갖는 아미노산들. 이것들은 글리신(glycine), 알라닌(alanine), 발린(valine), 루신(leucine), 이소루신, 메티오닌(methionine), 페닐알라닌(phenylalanine), 트립토판(tryptophan) 및 프롤린(proline)을 포함한다.
- 극성이나 비전하 측기들을 갖는 아미노산들. 이것들은 세린(serine), 트레오닌(threonine), 시스테인(cysteine), 티로신(tyrosine), 아스파라긴(asparagine), 및 글루타민(glutamine)을 포함한다.
- 극성 알칼리 측기들을 갖는 아미노산들. 이것들은 리신(lysine), 아르기닌(arginine) 및 히스티딘(histidine)을 포함한다.
- 극성 산성 측기들을 갖는 아미노산들. 이것들은 아스파르트산(aspartic acid) 및 글루타민산(glutamic acid)을 포함한다.
놀랍게도 다양한 아미노산들의 배치에서 무극성과 극성 측기들을 갖는 아미노산들의 연속적인 서열이 획득될 때, 상응하는 단백질 가수분해물은 계면활성제 폴록사머들과 유사한, 친수성과 소수성 영역들을 갖는 계면활성제 특성을 포함한다는 것이 발견되었다. 계면 활성제 시스템들과 유사하게 가수분해물들은 액체의 표면 장력 또는 두 상들 사이의 계면 장력을 감소시킬 수 있으며 분산들의 형성을 가능하게 하거나 분산들의 형성에 도움을 줄 수 있다.
예를 들면, 만일 무극성과 극성 측기들을 갖는 연속적인 서열의 아미노산들을 갖는 아미노산들을 포함하는 단백질 가수분해물이 물 내에 첨가되면, 임계 농도를 초과할 때 개별 가수분해물 분자들은 조직화되고 물 내에 교질 입자(micelle)들의 집합체를 형성한다. 임계 교질 입자 농도는 계면 장력 측정에 의해 독특하게 결정될 수 있다.
블록 공중합체와 유사한 계면활성제 구조를 갖는 단백질 가수분해물들은 그것들과 비교하여 빠르게 생분해될 수 있으며 재생가능한 천연 자원들로부터 낮은 에너지 소비로 생산될 수 있다. 본 발명의 방법을 이용함으로써 경제적이고 상당한 환경적 이익이 획득된다.
본 발명의 방법에 따른 일 실시 예에서, 물, 수용액 또는 소수성 용제(solvent)가 분산제로서 제공된다. 본 발명의 의미에서의 수용액은 두드러진 양의 물을 포함하는 시스템을 의미한다. 이는 또한 수성 에멀전을 포함할 수 있다. 본 발명의 의미에서의 소수성 용제는 예를 들면, 일반적인 지질들, 고급 알코올들 및 무극성 유기 용제들이다. 특히, 본 발명의 의미에서 소수성 용제들은 오일들 및 모노-, 디(di)-, 또는 트리글리세리드들과 같은, 지방(fat)들이다.
본 발명의 방법에 따른 또 다른 실시 예에 따르면, 제공되는 분산제 내에 분산 상으로서 혼합되지 않은 고체 또는 액체 상이 제공된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 침전물들과 에멀전들 모두를 생산하는데 적합하다. 현탁액의 경우에 있어서, 분산 상의 입자 크기는 본 발명에 따라 약 1 ㎚ 내지 1 ㎜ 사의 범위 내에 존재할 것이다.
본 발명의 방법에 따른 또 다른 실시 예에 따르면, 단백질 가수분해물로서 극성과 무극성 기들을 갖는 아미노산들의 연속적인 서열을 갖는 단백질의 가수분해물이 제공된다. 놀랍게도 특히 극성과 무극성 측기들을 갖는 상응하는 아미노산들의 연속적인 서열을 갖는 단백질의 가수분해물들이 계면활성제 효과를 발생시키는데 적합하다는 것이 입증되었다.
본 발명에 따른 또 다른 방법에서, 분산제로서 케라틴 가수분해물이 제공된다. 특히, 케라틴 가수분해물들은 폴록사머들과 유사한 구조를 갖는 아미노산들의 서열을 나타낸다.
분산제는 ≥ 1 중량%와 ≤ 50 중량% 사이의 농도, 바람직하게는 ≥ 3 중량%와 ≤ 35 중량% 사이의 농도, 더 바람직하게는 ≥ 5 중량%와 ≤ 25 중량% 사이의 농도에서 본 발명에 따른 방법으로 이용될 수 있다.
위에 설명된 방법 이외에, 본 발명은 분산제, 습윤제, 부유 제제로서 및/또는 세제의 세척 활성 조성물로서 단백질 가수분해물의 이용에 관한 것이다.
놀랍게도 분산제와 같은 그것들의 이용에 더하여 단백질 가수분해물들은 그것들의 표면 활성 특성들에 기인하여 습윤제, 부유 제제 및/또는 세제들의 세척 활성 성분들로서 이용될 수 있다는 것이 입증되었다. 특히, 세척 활성 성분들과 같은 위에서 설명된 단백질 가수분해물들의 이용은 생태학적 그리고 경제학적 이익을 야기한다.
여기서, 단백질 가수분해물의 기초가 되는 단백질은 바람직하게는 극성과 무극성 측기들을 갖는 아미노산들의 연속적인 서열을 포함한다.
케라틴과 같은 단백질들의 높은 생분해능 때문에 상응하는 단백질 가수분해물들은 매우 합리적인 가격에서 많은 양으로 이용할 수 있다. 게다가, 단백질 가수분해물들은 완전히 생분해되고 따라서 환경적 부담을 제기하지 않는다.
따라서, 바람직한 방법으로 예를 들면, 색소 함유 분산에서의 분산제로서, 바람직하게는 분산 페인트 또는 분산 니스(varnish) 또는 자외선 차단제와 같은 오일 기반 색소 함유 분산으로서 단백질 가수분해물을 이용하는 것이 가능하다.
게다가, 단백질 가수분해물은 예를 들면, 차량 휠 림(wheel rim)들을 세척하기 위한 조성물 내의 습윤제로서 이용될 수 있다. 특히, 브레이크 먼지, 오일, 타르 및 고무 잔류물로부터 야기하는 차량 휠 림에서 발생하는 오염물은 충분한 세척 효과를 달성하기 위하여 뛰어난 분산 특성들을 갖는 습윤제를 필요로 한다. 지금까지, 여기서 인산(phosphoric acid)과 같은 환경적으로 중요하고 피부 자극성 물질들이 휠 림들에 부착된 때(dirt)를 용해하기 위하여 광범위하게 이용되어 왔다. 여기서, 이용되는 인산은 또한 예를 들면, 산과 휠 림 물질 사이의 화학 반응에 기인하는 경합금 휠 림들에 손상을 줄 수 있다. 단백질 가수분해물들, 특히 케라틴 가수분해물들이 훨씬 덜 공격적인 알칼리성 조성물들에서도 충분한 세척 효과를 보장할 수 있다는 것이 입증되었다.
케라틴 가수분해물과 같은, 단백질 가수분해물은 바람직하게는 석탄 및/또는 광석의 공정에서 부유 제제로서도 이용될 수 있다. 이러한 분야에서, 원하는 광석들/석탄들을 정제하고 맥석(gangue)으로부터 그것들을 분리하기 위하여 많은 양의 계면활성제가 이용될 수 있다. 이는 특히 때때로 개발 국가들에 위치하는, 광석 추출에서 행해진다. 여기서 흔히 음용수 처리를 위한 매우 불충분한 수단들이 존재하는데 따라서 물 순환 내로 통과하는 계면활성제들이 음용수 내로 그것들의 길을 찾는 것은 배제될 수 없다. 여기서, 단백질 가수분해물들 및 특히 케라틴 가수분해물들은 흔히 완전히 생분해될 수 있는 장점을 제공하고 따라서 음용수 오명의 위험이 감소될 수 있다.
상응하는 단백질 가수분해물들의 제공을 이한 개시 물질로서, 예를 들면, 가금류 공정에서 매우 많은 양이 획득되는 깃털과 같은 도축장이 적절할 수 있다. 이것들은 적절한 가수분해 과정들에 의해 상응하는 가수분해물로 전환될 수 있으며, 이는 차례로, 용액 또는 동결 건조 형태로 제공될 수 있다.
아래에 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명이 더 상세히 설명된다.
실시 예 1:
수성 이산화티탄(titanium dioxide) 분산
이산화티탄 분말(UV-Titan M262, Sachtleben GmbH)이 실온에서 25 중량%의 가수분해물 함량을 갖는 케라틴 가수분해물의 수용액에 제공된다. 이산화티탄 분말에 대한 수성 케라틴 가수분해물 용액의 비율은 60 중량%부터 40중량%까지이다. 획득된 혼합물은 2와 10 m/s의 회전 속도에서 교반 기구로서 용해 디스크(dissolver disk) 또는 와이어 교반기(wire stirrer)에 의해 균질화된다. 이는 안정적인 이산화티탄 분산을 야기한다.
Figure pct00002

실시 예 2:
오일 기반 이산화티탄 분산
분말 형태의 동결 건조된 케라틴 가수분해물이 실온에서 1/10이 중량 비율로 카프릴산(caprylic acid)/카프르산(capric acid) 트리글리세리드 혼합물(Rofetan GTCC, Univar GmbH)에 첨가된다. 이산화티탄 분말(UV-Titan M262, Sachtleben GmbH)이 이렇게 하여 획득된 상에 첨가된다. 결과로서 생기는 혼합물은 2와 10 m/s의 회전 속도에서 교반 기구로서 용해 디스크 또는 와이어 교반기에 의해 균질화되고 지속적인 균질화로 거기에 5 중량% 물이 첨가된다. 이는 안정적인 오일 기반 이산화티탄 분산을 야기한다.
Figure pct00003

실시 예 3:
수성 산화아연(zinc oxide) 분산
A: 산화아연 분말(Z-Cote, BASF AG)이 실온에서 25 중량%의 가수분해물 함량을 갖는 케라틴 가수분해물의 수용액에 제공된다. 수성 케라틴 가수분해물 용액과 산화아연 분말 사이의 비율은 60 중량%부터 44 중량%까지이다. 획득된 혼합물은 4와 8 m/s의 회전 속도에서 교반 기구로서 용해 디스크 또는 와이어 교반기에 의해 균질화된다. 이는 안정적인 산화아연 분산을 야기한다.
B: 산화아연 분말(Z-Cote, BASF AG)이 실온에서 25 중량%의 가수분해물 함량을 갖는 케라틴 가수분해물의 수용액에 제공된다. 수성 케라틴 가수분해물 용액과 산화아연 분말 사이의 비율은 60 중량%부터 40 중량%까지이다. 획득된 혼합물은 4와 8 m/s의 회전 속도에서 교반 기구로서 용해 디스크 또는 와이어 교반기에 의해 균질화된다. 이는 안정적인 산화아연 분산을 야기한다.
Figure pct00004

실시 예 4:
휠 림 클리너
특히 차량 휠 림들을 세척하기 위한 세제를 제공하기 위하여 25 중량%의 가수분해물 함량을 갖는 30 중량%의 수성 케라틴 가수분해물이 10 중량%의 1-3-부탄디올(butanrdiol), 10 중량%의 카프릴릴(caprylyl)/카프릴 클리코시드(glycoside), 1 중량%의 황화수소나트륨(sodium hydrosulfide, 1 중량% 수산화칼륨(potassium hydroxide) 및 48 중량% 물과 혼합된다. 이렇게 하여 획득된 혼합물은 일반적인 오일과 타르 더럽힘에 대하여 뛰어난 세척 효율을 나타내었다.
Figure pct00005

Claims (14)

  1. 액체 분산 매체 내의 분산 상을 분산하는 방법에 있어,
    액체 분산 매체를 제공하는 단계:
    분산 상을 제공하는 단계;
    분산제를 제공하는 단계; 및
    상기 분산제의 첨가로 상기 액체 분산 매체를 상기 분산 상과 혼합하는 단계;를 포함하며,
    상기 분산제로서 단백질 가수분해물이 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 분산 매체로서, 물, 수성 용액 또는 소수성 용제가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분산 상으로서 상기 제공되는 분산 매체 내에 혼합되지 않는 고체 또는 액체 상이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단백질 가수분해물로서 극성과 무극성 측기를 갖는 아미노산의 연속적인 서열을 갖는 단백질의 가수분해물이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단백질 가수분해물로서 케라틴 가수분해물이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 제조되는 상기 분산의 상기 분산제가 ≥1 중량%와 ≤50 중량% 사이, 바람직하게는 ≥3 중량%와 ≤35 중량% 사이, 더 바람직하게는 ≥5 중량%와 ≤25 중량% 사이의 농도로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분산 상으로서 색소가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 분산 상으로서 이산화티탄 및/또는 산화아연이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 세재 내의 분산제, 습윤제, 부유 보조제 및/또는 세척 활성 부품으로서 단백질 가수분해물의 이용.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 단백질 가수분해물의 기초가 되는 상기 단백질은 극성과 무극성 측기들을 갖는 아미노산들의 연속적인 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 단백질 가수분해물의 이용.
  11. 제 9항 또는 10항에 있어서, 상기 단백질 가수분해물은 케라틴 가수분해물인 것을 특징으로 하는 단백질 가수분해물의 이용.
  12. 제 9항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단백질 가수분해물은 색소 함유 분산, 바람직하게는 분산 페인트 또는 분산 니스 또는 자외선 차단제와 같은 오일 기반 색소 함유 분산 내의 분산제로서 이용되는 것을 특징으로 하는 단백질 가수분해물의 이용.
  13. 제 9항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단백질 가수분해물은 차량 휠 림들을 세척하기 위한 조성물 내의 습윤제로서 이용되는 것을 특징으로 하는 단백질 가수분해물의 이용.
  14. 제 9항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단백질 가수분해물은 석탄 및/또는 광석의 처리에서의 부유 보조제로서 이용되는 것을 특징으로 하는 단백질 가수분해물의 이용.

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