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JP7739637B2 - 共重合体、これを含む抗菌消臭組成物、およびその製造方法 - Google Patents
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JP7739637B2 - 共重合体、これを含む抗菌消臭組成物、およびその製造方法 - Google Patents

共重合体、これを含む抗菌消臭組成物、およびその製造方法

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Description

本明細書は、共重合体、これを含む抗菌消臭組成物、およびその製造方法に関する。
本出願は、2022年10月14日付にて韓国特許庁に提出された韓国特許出願第10-2022-0131942号および2023年10月12日付にて韓国特許庁に提出された韓国特許出願第10-2023-0136164号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に含まれる。
日常生活において、バクテリア、カビなど、人体に有害であり、かつ、臭いを引き起こす微生物による被害が大きくなるにつれ、このような微生物の増殖を抑制または死滅させるための様々な抗菌物質または消臭物質が開発されている。特に、一般的に我々が多く利用する製品に用いられる高分子材料に抗菌力または消臭力が求められている。一例として、ペット用品(猫砂など)に用いられるのに好適な抗菌消臭材料の開発が求められている。
従来は、高分子に抗菌消臭性能を導入するために、抗菌消臭物質を高分子に単に混合する方法が主に用いられていた。これは抗菌消臭物質の流出の可能性が存在するため、用いられる抗菌消臭物質の安全性が必須に保障されなければならない。したがって、抗菌消臭物質の流出による問題を根本的に解決するために、抗菌消臭物質を高分子に共重合することで、抗菌物質が流出しない抗菌高分子の開発に関する研究が活発に行われている。
韓国特許公開第10-2009-0131847号公報
本明細書は、共重合体、これを含む抗菌消臭組成物、およびその製造方法を提供する。
本明細書の一実施態様は、デンプンに由来する第1単位;および
下記化学式1で表される化合物に由来する第2単位を含む共重合体を提供する。
前記化学式1において、
L1は、アルキレン基であり、
R1~R3のいずれか一つは、炭素数5~30のアルキル基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~30のアルキル基であり、
R4は、水素またはメチル基である。
本明細書のまた一つの実施態様は、前述した共重合体を含む抗菌消臭組成物を提供する。
本明細書のまた一つの実施態様は、前述した抗菌消臭組成物を含むか、またはこれより製造された製品を提供する。
本明細書のまた一つの実施態様は、前述した共重合体の製造方法であって、
デンプンおよび前記化学式1で表される化合物を80℃~140℃から選択される少なくとも一つの温度で反応させる段階を含む、共重合体の製造方法を提供する。
本明細書の一実施態様による共重合体は、改善された抗菌力および消臭力を提供することができる。
本明細書の一実施態様による共重合体は、抗菌物質の流出による安全性の問題を解決することができる。
本明細書のいくつかの実施態様による共重合体は、短時間で抗菌性を発揮することができる。
本明細書の一実施態様による共重合体は、抗菌材料の使用量による抗菌力の変化が少ないため、製品に適用時に非意図的に濃度の不均一が発生する場合にも、予測した範囲内の抗菌性を示すことができる。したがって、抗菌性が特定の範囲内に制御され、安全性に優れた抗菌性を付与することができる。
本明細書の一実施態様による共重合体は、低毒性を有するため、安全性の問題を解決することができる。
以下、本明細書を詳細に説明する。
従来は、材料に抗菌・消臭力を付与するために、抗菌・消臭剤を他の物質と単に混合し、この際、無機系抗菌・消臭剤または有機系抗菌・消臭剤が用いられていた。前記無機系抗菌・消臭剤は、高価であり、かつ、材料の変色を引き起こしやすく、押出や射出などの加工過程でポリマーの物理的特性を低下させ得る。また、無機系抗菌・消臭剤は、抗菌・消臭の即効性が低いという欠点もある。前記有機系抗菌・消臭剤は、人体に対する安定性が悪く、熱安定性も悪いため、抗菌・消臭持続性に劣るという欠点がある。
これに対し、本明細書に係る共重合体は、無機系抗菌・消臭剤を含まないため、変色および透明度の低下などの欠点を克服し、抗菌・消臭物質が別の物質として含まれるのではなく、単量体として重合されるため、人体に対する安定性に優れ、抗菌・消臭持続性が維持されるという利点がある。また、有機系抗菌・消臭剤を他の物質と重合する場合、重合効率および転化率が低下するか、または重合された他の物質の特性が損なわれる場合が多いが、本明細書は、このような欠点も解消することができる。前述した利点により、本明細書の共重合体は、優れた抗菌・消臭持続性を示すことができる。
すなわち、本明細書の共重合体は、優れた抗菌・消臭力および抗菌・消臭持続性を有するとともに、抗菌・消臭剤の流出による安定性が改善されることができる。
また、本明細書の共重合体は、天然材料であるデンプンを用いることで環境に優しいという利点がある。
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」という場合、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいことを意味する。
本明細書において、「*」は、共重合体内での結合点である。例えば、下記化学式2において、*は、第1単位同士が結合する部分、および第1単位と第2単位が結合する部分の両方を意味する。
本明細書において、「単量体」とは、化合物が重合反応により高分子化合物に転化できる単位化合物を意味し、それに由来する構造が、重合体または共重合体中の繰り返し単位となることができる。具体的に、これは、当該化合物が重合して重合体中に結合した状態で、当該化合物の構造から2以上の置換基の全部または一部が脱落し、その位置に重合体の他の単位と結合するためのラジカルが位置することを意味する。この際、当該化合物は、任意の順に重合して重合体中に結合した状態で含まれることができる。
本明細書において、前記「由来」とは、化合物中の隣接した少なくとも二つの元素間の結合が切断されるか、または水素または置換基が脱落して新しい結合が発生することを意味し、前記化合物に由来する単位とは、重合体の主鎖および側鎖のうち一つ以上を形成する単位を意味し得る。前記単位は、重合体中の主鎖に含まれて重合体を構成することができる。
本明細書において、「重量平均分子量」とは、分子量が均一ではなく、ある高分子物質の分子量が基準として用いられる平均分子量の一つであり、分子量分布がある高分子化合物の成分分子種の分子量を重量分率で平均して得られる値である。
本明細書において、物性のうち、温度がその物性に影響を与える物性は、特に規定しない限り、常温で測定された物性である。
本明細書において、「常温」とは、加温および減温されていない自然のままの温度であり、例えば、約10℃~30℃の範囲内のいずれかの温度、例えば、約15℃、約18℃、約20℃、約23℃、または約25℃程度の温度を意味する。また、本明細書において、特に規定しない限り、温度の単位は℃である。
本明細書において、物性のうち、圧力がその結果に影響を与える場合には、特に規定しない限り、当該物性は、常圧で測定された物性である。
本明細書において、「常圧」とは、加圧および減圧されていない自然のままの圧力であり、通常、約1気圧(約700mmHg~800mmHg程度)程度を常圧と称する。
本明細書において、物性のうち、湿度がその結果に影響を与える場合には、特に規定しない限り、当該物性は、前記常温および常圧状態で特に調節されていない湿度で測定された物性である。
本明細書において、「アルキル基」は、直鎖もしくは分岐鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、1~60であることが好ましい。一実施態様において、前記アルキル基の炭素数は1~30である。前記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基などが挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書において、「アルキレン基」とは、アルキル基に結合位置が二つ存在するもの、すなわち2価の基を意味する。これらがそれぞれ2価の基であることを除いては、前述したアルキル基の説明が適用されてもよい。
本明細書において、「デンプン」とは、当業界で用いられるデンプンを意味する。具体的に、複数のグルコースユニットがグリコシド結合により連結された多糖類であり、下記構造を有する。
前記構造において、
は、デンプン中の他の単位に結合する部分を意味する。
本明細書の一実施態様において、前記デンプンの分子量は、10g/mol~10g/mol、または10g/mol~10g/molである。
本明細書の一実施態様において、前記デンプンに由来する第1単位は、下記化学式2で表される単位を含む。
前記化学式2において、
R10~R12は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、-OH;または-O-*であり、R10~R12のうち少なくとも一つは-O-*であり、
n1は、1~10の整数であり、
*は、共重合体内での結合点である。
具体的に、前記化学式2で表される単位は、前記デンプンに由来する第1単位の一部がグラフトされることを意味するか、場合によっては、第1単位の全部がグラフトされることを意味し得る。
本明細書の一実施態様において、前記化学式2は、下記構造のいずれか一つで表される。
前記構造において、*は、共重合体内での結合点であり、n1は、1~10の整数である。
具体的に、前記第1単位において、*は、第1単位同士が結合する部分、または第1単位と第2単位が結合する部分である。
本明細書の一実施態様において、前記n1は、100~10の整数、500~10の整数、10~10の整数、10~10の整数、10~10の整数、または10~10の整数である。
本明細書の一実施態様において、前記化学式1で表される化合物は、抗菌・消臭物質である。
本明細書の一実施態様において、前記第2単位は、下記化学式3で表される。
前記化学式3において、
L1は、アルキレン基であり、
R1~R3のいずれか一つは、炭素数5~30のアルキル基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~30のアルキル基であり、
R4は、水素またはメチル基であり、
n2は、1~10の整数であり、
*は、共重合体内での結合点である。
本明細書の一実施態様において、前記n2は、1~10の整数、1~10の整数、1~10の整数、または1~5000の整数である。
本明細書の一実施態様において、前記L1は、炭素数1~10のアルキレン基である。
本明細書の一実施態様において、前記L1は、炭素数1~5のアルキレン基である。
本明細書の一実施態様において、前記L1は、メチレン基;エチレン基;プロピレン基;またはブチレン基である。
本明細書の一実施態様において、前記R1~R3のいずれか一つは、炭素数5~30のアルキル基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~20のアルキル基である。
本明細書の一実施態様において、前記R1~R3のいずれか一つは、炭素数5~30のアルキル基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基である。
本明細書の一実施態様において、前記R1~R3のいずれか一つは、炭素数5~20のアルキル基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~20のアルキル基である。
本明細書の一実施態様において、前記R1~R3のいずれか一つは、炭素数5~20のアルキル基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基である。
本明細書の一実施態様において、前記R1~R3のうち2個以上が炭素数5~30のアルキル基であるか、またはR1~R3のうち炭素数が最も大きいアルキル基と炭素数が最も少ないアルキル基との炭素数の差が4以上である。
具体的に、R1~R3のうち3個が炭素数5~30のアルキル基;R1~R3のうち2個が炭素数5~30のアルキル基であり、残りの1個が炭素数1~30のアルキル基;またはR1~R3のうち炭素数が最も大きいアルキル基と炭素数が最も少ないアルキル基との炭素数の差が4以上である。この場合、抗菌力に優れた効果を示す。
本明細書の一実施態様において、前記炭素数が最も大きいアルキル基と炭素数が最も少ないアルキル基との炭素数の差が4以上であるとは、非対称性が大きいことを意味し、炭素数の差は4~30、5~30、または5~10であってもよい。
本明細書の一実施態様において、前記化学式1で表される化合物は、下記構造のいずれか一つである。
本明細書の一実施態様において、前記化学式1で表される化合物に由来する第2単位は、下記構造のいずれか一つである。
前記構造において、*は、共重合体内での結合点である。
本明細書の一実施態様において、前記化学式1で表される化合物は、カチオン性を示すため、アニオン性を示す基とともに塩を形成した形態で存在してもよい。この際、アニオン性を示す基は、特に限定されず、抗菌性の目的を損なわない限り、当技術分野で周知の材料が用いられてもよい。例えば、前記アニオン性を示す基は、ハロゲン系アニオン、スルホネート系アニオンであってもよく、具体的にはBrであってもよいが、これらに限定されない。
本明細書の一実施態様において、前記第1単位と第2単位の重量比は100:0.5~100:10である。具体的には100:1~100:5、または100:1~100:3である。第1単位と第2単位の重量比が前述した範囲を満たす場合、優れた消臭力、抗菌力、消臭持続力、および抗菌持続力を示すという効果がある。
前記共重合体の消臭力および抗菌力は、共重合体が含む第2単位により導出される。一般的に、細菌などの細胞壁は、負電荷に帯電している場合が多く、前記第2単位は、前記細胞壁に対する破壊作用を行うことができる。
本明細書の一実施態様において、前記第1単位および第2単位が共重合される。具体的に、本明細書の一実施態様は、デンプンに由来する第1単位;および前記化学式1で表される化合物に由来し、前記第1単位と共重合された第2単位を含む共重合体を提供する。このように第1単位と第2単位が共重合される場合、抗菌物質が別の物質として含まれるのではなく、単量体として重合されるため、人体に対する安定性に優れ、抗菌持続性が維持されるという利点がある。一例として、本明細書の一実施態様は、前記第1単位および前記第2単位がグラフトされた共重合体を提供する。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体は、下記化学式4で表される第3単位を含む。
前記化学式4において、
L1は、アルキレン基であり、
R1~R3のいずれか一つは、炭素数5~30のアルキル基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~30のアルキル基であり、
R4は、水素またはメチル基であり、
m1は、1~10の整数であり、
m2は、1~10の整数であり、
*は、共重合体内での結合点である。
本明細書の一実施態様において、前記デンプンに由来する第1単位;および前記化学式1で表される化合物に由来する第2単位を含む共重合体は、前記化学式4で表される。
本明細書の一実施態様によれば、前記共重合体は、ランダム共重合体、交互共重合体、またはブロック共重合体である。
本明細書の一実施態様において、前記化学式4で表される第3単位は、第1単位と第2単位がグラフトされた単位である。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体は、前記化学式4で表される第3単位からなる。具体的に、前記共重合体は、複数の第3単位が繰り返し結合した構造を含む。
本明細書の一実施態様において、前記グラフトされた共重合体において、第1繰り返し単位が主鎖であり、第2繰り返し単位が主鎖に側鎖状にグラフトされていてもよい。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体の重量平均分子量(Mw:Weight Average Molecular Weight)は10g/mol~10g/molである。具体的に、前記共重合体の重量平均分子量は10g/mol~10g/molである。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体の重量平均分子量(Mw)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC、Gel permeation chromatography)を用いて測定することができる。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体は、消臭力を有する。
本明細書において、消臭力を有するとは、下記方法1に基づいて測定された消臭力が70%以上であることを意味する。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体は、下記方法1により消臭評価を行ったとき、アンモニアに対する前記共重合体の消臭力が70%以上である。
[方法1]
菌3000±30CFU/mLを接種した人工尿2.5mLと前記共重合体1gを細胞培養フラスコ(cell culture flask)に入れた後、35℃で12時間培養して試験培養液を製造する。
前記試験培養液の製造方法において、共重合体の代わりにデンプンとグリセロールの圧縮試料を用いたことを除いては、前記試験培養液と同様の方法で対照培養液を製造する。
前記試験培養液および対照培養液に対して、アンモニア検知管を介して捕集されたアンモニア量を測定し、下記式1により消臭力を計算する。
前記方法1および式1において、試験培養液は、本明細書の一実施態様による共重合体を含み、対照培養液は、前記共重合体を含まない。
本明細書において、CFU(Colony Forming Unit)は、コロニー形成単位を意味し、CFU/mLは、1mL当たりのCFU数を意味する。
本明細書に係る共重合体に対して、前記方法1により消臭力を評価したとき、消臭力が70%以上である場合のみが観察された。その結果、本明細書に係る共重合体は、優れた消臭力を有することを確認することができた。
前記消臭力は、他の例として80%以上、85%以上、または90%以上であってもよい。前記消臭力の上限は、特に限定されず、例えば、前記消臭力は100%以下、または100%未満であってもよい。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体は、抗菌性を有する。
本明細書において、抗菌性を有するとは、下記方法1に基づいて測定された抗菌力、すなわち静菌性能が90%以上である場合を意味する。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体は、グラム陽性菌、グラム陰性菌、およびカビ菌からなる群より選択される少なくとも一つの菌株に対して、下記方法2により測定された抗菌力が90%以上である。
[方法2]
菌3000±30CFU/mLを接種した人工尿2.5mLと前記共重合体1gを細胞培養フラスコ(cell culture flask)に入れた後、35℃で12時間培養して試験培養液を製造する。試験培養液に対して、アンモニア検知管を介してアンモニアを捕集する。アンモニア捕集が完了した試験培養液に塩類溶液(0.9wt%)7.5mLを入れて混合して菌液を希釈した後、それをcolony countingができるように塩類溶液を用いてSerial dilutionし、栄養寒天プレート(nutrient agar plate)に塗抹する。前記塗抹した栄養寒天プレートを35℃で18時間培養して試験サンプルを製造する。
前記試験サンプルの製造時、共重合体の代わりにデンプンとグリセロールの圧縮試料を用いたことを除いては、前記試験サンプルと同様の方法で対照サンプルを製造する。
前記試験サンプルおよび対照サンプルに対して微生物濃度を測定し、下記式2により抗菌力(%)を計算する。
前記方法2および式2において、試験サンプルは、本明細書の一実施態様による共重合体を含み、対照サンプルは、前記共重合体を含まない。
本明細書に係る共重合体に対して、前記方法2により抗菌力を評価したとき、抗菌力が90%以上である場合のみが観察された。その結果、本明細書に係る抗菌樹脂は、優れた抗菌力を有することを確認することができた。
前記抗菌力は、他の例として92%以上、93%以上、または94%以上であってもよい。前記抗菌力の上限は、特に限定されず、例えば、前記抗菌力は100%以下、または100%未満であってもよい。
本明細書において、グラム陽性菌は、グラム染色法で染色すると、紫色に染色されるバクテリアを総称するものであり、グラム陽性菌の細胞壁は、多層のペプチドグリカンで構成されており、クリスタルバイオレットなどの塩基性染料で染色した後、エタノールを処理しても、脱色せずに紫色を示すようになる。
本明細書の一実施態様において、前記グラム陽性菌は、エンテロコッカス・フェカリス(Enterococcus faecalis)、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)、肺炎レンサ球菌(Streptococcus pneumoniae)、エンテロコッカス・フェシウム(Enterococcus faecium)、およびラクトバチルス・ラクチス(Lactobacillus lactis)から選択される。具体的に、前述した例示から選択されるいずれか一つであるが、これらに限定されない。
本明細書において、グラム陰性菌は、グラム染色法で染色すると、赤色に染色されるバクテリアを総称するものであり、グラム陽性菌に比べて相対的に少ない量のペプチドグリカンを有する細胞壁を有する代わりに、リポ多糖、リポタンパク質、および/または他の複雑な高分子物質からなる外膜を有する。
本明細書の一実施態様において、前記グラム陰性菌は、プロテウス・ミラビリス(Proteus mirabilis)、大腸菌(Escherichia coli)、チフス菌(Salmonella typhi)、緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)、およびコレラ菌(Vibrio cholerae)から選択される。具体的に、前述した例示から選択されるいずれか一つであるが、これらに限定されない。
本明細書の一実施態様において、前記カビ菌は、カンジダ・アルビカンス(Candida albicans)などであってもよいが、これに限定されない。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体は、グラム陽性菌に対して、前記方法2により測定された抗菌力が90%以上である。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体は、グラム陰性菌に対して、前記方法2により測定された抗菌力が90%以上である。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体は、カビ菌に対して、前記方法2により測定された抗菌力が90%以上である。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体は、グラム陽性菌、グラム陰性菌、およびカビ菌に対して、前記方法2により測定された抗菌力が90%以上である。前記グラム陽性菌、グラム陰性菌、およびカビ菌株は、接触時に様々な疾病を引き起こし得るだけでなく、二次感染も引き起こし得るため、一つの抗菌剤により、前記グラム陽性菌、グラム陰性菌、およびカビ菌のいずれにも抗菌性を示すことが好ましい。
本明細書の一実施態様によれば、前記抗菌力の測定に用いられる菌は、グラム陰性菌である。具体的に、前記抗菌力の評価に用いられる菌は、プロテウス・ミラビリスである。
本明細書のまた一つの実施態様は、前述した共重合体を含む抗菌消臭組成物を提供する。
本明細書の一実施態様において、前記抗菌消臭組成物は、活性炭;ベントナイト;高吸水性樹脂(SAP);ポリエチレン(PE);ポリプロピレン(PP);ポリスチレン(PS);ポリアミド(PA);ポリイミド(PI);ポリエチレンテレフタレート(PET);ポリ塩化ビニル(PVC);アクリロイル-ブタジエン-スチレン(ABS);およびポリアクリル酸(PA)のうち1以上をさらに含んでもよい。
本明細書の一実施態様において、前記抗菌消臭組成物は、前述した追加の成分のうち、1種~5種、1種~3種、2種、または1種をさらに含む。
本明細書の一実施態様において、前記抗菌消臭組成物は、前記化合物と追加の成分が単に混合された状態であってもよい。
本明細書の一実施態様は、前述した抗菌消臭組成物を含むか、またはこれより製造された成形体を提供する。前記成形体は、具体的に、猫砂、冷蔵庫用野菜ボックス、自動車部品、ブロー成形体、インフレーション成形体、キャスト成形体、押出ラミネート成形体、押出成形体、発泡成形体、射出成形体、シート(sheet)、フィルム(film)、繊維、モノフィラメント、または不織布などであってもよいが、前記の例に限定されない。前記自動車部品は、自動車用内・外装材などであってもよい。
本明細書の一実施態様は、前述した共重合体を形成するための共重合体形成用組成物を提供する。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体形成用組成物は、デンプン;化学式1で表される化合物;および開始剤を含む。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体形成用組成物100重量部に対して、前記デンプンは55重量部~99.7重量部である。具体的に、前記デンプンは65重量部~99.5重量部、または70重量部~99.5重量部で含まれる。デンプンの含量が前述した範囲を満たす場合、優れた抗菌力および悪臭抑制に効果を示すことができる。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体形成用組成物100重量部に対して、前記化学式1で表される化合物は0.2重量部~40重量部である。具体的に、前記化学式1で表される化合物は0.5重量部~35重量部、または0.5重量部~30重量部で含まれる。化学式1で表される化合物の含量が前述した範囲を満たす場合、優れた抗菌性および抗菌持続力を示すという効果がある。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体形成用組成物100重量部に対して、前記開始剤は0.1重量部~5重量部で含まれる。具体的に、前記抗菌樹脂形成用組成物100重量部に対して、前記開始剤は0.1重量部~5重量部で含まれる。この際、前記開始剤の含量が0.1重量部未満である場合には、重合反応時間が長くなり、重合転化率が低くなり、生産性が低下する恐れがある。具体的に、重合転化率が低くなり、残留単量体および分解物が多く発生するという欠点がある。これに対し、5重量部超である場合には、重合過程中に開始剤を完全に消費することができず、最終的に製造される重合体に残留し、重合体の物性、特に熱安定性などを低下させる恐れがある。
本明細書の一実施態様において、前記開始剤は、ジクミルペルオキシド、ジペンチルペルオキシド、ジ-3,5,5-トリメチルヘキサノイルペルオキシド、またはジラウリルペルオキシドなどのペルオキシド系化合物;ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-sec-ブチルパーオキシジカーボネート、またはジ-2-エチルヘキシルパーオキシジカーボネートなどのパーオキシジカーボネート系化合物;t-ブチルパーオキシピバレート、1,1,3,3-テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、またはt-ブチルパーオキシネオデカノエートなどのパーオキシエステル系化合物;アゾビスブチロニトリル(AIBN)、アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリルのようなアゾ系化合物;t-ブチルヒドロペルオキシドなどのヒドロペルオキシド系化合物;または過硫酸ナトリウム(SPS)、過硫酸カリウム、または過硫酸アンモニウムなどのサルフェート系化合物などが挙げられ、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が用いられてもよいが、前記の例に限定されない。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体形成用組成物は、可塑剤をさらに含む。前記可塑剤は、当業界で用いられる物質であれば限定なく使用可能である。例えば、グリセロールであってもよいが、これに限定されない。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体形成用組成物100重量部に対して、前記可塑剤は0.5重量部~50重量部で含まれる。具体的に、前記可塑剤は5重量部~40重量部で含まれる。可塑剤の含量が前述した範囲を満たす場合、共重合体の加工性の改善効果がある。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体形成用組成物は、溶媒をさらに含む。前記共重合体形成用組成物100重量部に対して、前述した物質を除いた含量だけ含まれてもよい。
本明細書の一実施態様において、前記溶媒の種類は限定されないが、例えば、水、メタノール、エチルアルコール、およびイソプロピルアルコールなどが用いられてもよい。
本明細書の一実施態様は、前述した共重合体の製造方法であって、デンプンおよび前記化学式1で表される単量体を80℃~140℃から選択される少なくとも一つの温度で反応させる段階(a)を含む、共重合体の製造方法を提供する。
本明細書の一実施態様において、前記製造方法で言及されたデンプンおよび化学式1で表される単量体に関する具体的な説明は、前記共重合体について説明したものと同様である。
本明細書の一実施態様において、前記80℃~140℃から選択される少なくとも一つの温度は、80℃~140℃の温度範囲内で変更される温度条件で行われてもよく、前述した温度範囲から選択されるいずれかの温度で行われてもよい。例えば、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、または140℃で行われてもよい。また、80℃から140℃まで温度を昇温しつつ行われてもよい。
本明細書の一実施態様において、前記反応させる段階における反応時間は、反応温度、反応物質に応じて異なり得る。例えば、80℃で反応を行う場合、反応時間は10分~24時間であってもよい。具体的に、10分~16時間、10分~10時間、10分~5時間、10分~3時間、または10分~1時間であってもよい。また、反応温度または反応物質が後述する製造例とは異なる場合、反応時間が異なり得る。
本明細書の一実施態様において、前記反応させる段階は、前記デンプンと化学式1で表される単量体の混合物を製造する段階(a1);および前記混合物を反応させる段階(a2)を含んでもよい。
本明細書の一実施態様において、前記混合物を反応させる段階(a2)における反応時間は前述したとおりである。
本明細書の一実施態様において、前記混合物を製造する段階(a1)は、デンプンおよび化学式1で表される単量体を準備する段階(a1-1);前記デンプンを溶媒と混合して混合物Aを製造する段階(a1-2);および前記混合物Aと前記化学式1で表される単量体を混合して混合物Bを製造する段階(a1-3)を含んでもよい。
本明細書の一実施態様において、前記混合物Bを製造する段階(a1-3)は、加圧しつつ混合する過程を含んでもよい。加圧しつつ混合する方法は、当業界で用いられる方法であれば限定なく使用可能であるが、例えば、インターミキサ(inter mixer)を用いてもよい。
本明細書の一実施態様において、前記混合物Bを製造する段階(a1-3)は、10rpm~500rpmで5分~5時間行われてもよい。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体の製造方法は、前記反応物を洗浄する段階(b)をさらに含んでもよい。具体的に、前記反応物を水、エタノール、アセトンなどの有機溶媒のうち1以上を用いて洗浄してもよい。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体の製造方法は、前記反応物を乾燥させる段階(c)をさらに含んでもよい。具体的に、25℃~140℃で1時間~48時間乾燥してもよい。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体の製造方法は、前記反応物を粉砕する段階(d)をさらに含んでもよい。前記粉砕は、当業界で用いられる方法により行うことができ、前記粉砕する段階により反応物を砂状に得ることができる。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体の製造方法は、前記反応物を洗浄する段階(b);前記反応物を乾燥させる段階(c);および前記反応物を粉砕する段階(d)のうち1以上をさらに含んでもよい。
本明細書の一実施態様において、前記共重合体の製造方法は、反応させる段階(a);および前記反応物を洗浄する段階(b)、前記反応物を乾燥させる段階(c)、および前記反応物を粉砕する段階(d)のうち1以上を含んでもよい。
以下、本明細書を具体的に説明するために実施例を挙げて詳しく説明する。ただし、本明細書に係る実施例は種々の異なる形態に変形されてもよく、本明細書の範囲が後述する実施例に限定されるものと解釈されない。本明細書の実施例は、当業界で平均的な知識を有する者に本明細書をより完全に説明するために提供されるものである。
<製造例1>化学式1で表される単量体の製造
製造例1-1.化合物1の合成
Step1
(1)100mLのTHF(溶媒)に0.1molの2-(ジブチルアミノ)エタノール(DBAE、2-(dibutylamino)ethanol)、0.1molのトリメチルアミン、および0.001molのヒドロキノンを投入した。
(2)前記材料を撹拌しつつ、反応溶液上に0.1molの塩化アクリロイル(acryloyl chloride)を滴下した(常温)。
(3)2時間撹拌した。
(4)濾過してトリエチルアミン塩を除去した後、ロータリエバポレータ(rotary evaporator)で溶媒を除去した。
(5)83℃~87℃で真空乾燥した。
Step2
(1)前記Step1の生成物と1-ブロモオクタン(1-bromooctane)を1:1のモル比でアクリロニトリル(溶媒)に50wt%溶解した。
(2)次に、重合抑制剤であるp-メトキシフェノール(p-methoxyphenol)を投入した(反応物との比1:0.001(eq))。
(3)50℃で20時間反応させた。
(4)メチルt-ブチルエーテル(MTBE、methyl t-butyl ether)に正沈殿(MTBE:反応溶液=15:1(体積比))した後に濾過した。
(5)45℃で真空乾燥して化合物1を製造した。
製造例1-2.化合物2および3の合成
前記製造例1-1のStep2の(1)において、1-ブロモオクタンの代わりに1-ブロモデカン(1-bromodecane、化合物2の製造)、または1-ブロモドデカン(1-bromododecane、化合物3の製造)を用いたことを除いては、前記製造例1-1と同様の方法で化合物2および3を製造した。
製造例1-3.化合物4の合成
前記製造例1-1のStep1の(1)において、2-(ジブチルアミノ)エタノールの代わりに2-(ジオクチルアミノ)エタノール(DOAE、2-(Dioctylamino)ethanol)を用いたことを除いては、前記製造例1-1と同様の方法で化合物4を製造した。
製造例1-4.化合物5の合成
Step1
(1)100mLのTHF(溶媒)に0.1molの2-(ジヘキシルアミノ)エタノール(DHAE、2-(Dihexylamino)ethanol)、0.1molのトリメチルアミン、および0.001molのヒドロキノンを投入した。
(2)前記材料を撹拌しつつ、反応溶液上に0.1molの塩化メタクリロイル(acryloyl chloride)を滴下した(常温)。
(3)2時間撹拌した。
(4)濾過してトリエチルアミン塩を除去した後、ロータリエバポレータ(rotary evaporator)で溶媒を除去した。
(5)83℃~87℃で真空乾燥した。
Step2
(1)Step1の生成物と1-ブロモデカン(1-bromodecane)を1:1のモル比でアクリロニトリル(溶媒)に50wt%溶解した。
(2)次に、重合抑制剤であるp-メトキシフェノール(p-methoxyphenol)を投入した(反応物との比1:0.001(eq))。
(3)50℃で20時間反応させた。
(4)メチルt-ブチルエーテル(MTBE、methyl t-butyl ether)に正沈殿(MTBE:反応溶液=15:1(体積比))した後に濾過した。
(5)45℃で真空乾燥して化合物5を製造した。
製造例1-5.化合物6の合成
前記製造例1-4のStep1の(1)において、2-(ジヘキシルアミノ)エタノールの代わりに2-(ブチルヘキシルアミノ)エタノール(BHAE、2-(butylhexylamino)ethanol))を用いたことを除いては、前記製造例1-4と同様の方法で化合物6を製造した。
製造例1-6.化合物7の合成
前記製造例1-4のStep1の(1)において、2-(ジヘキシルアミノ)エタノールの代わりに2-(ブチルオクチルアミノ)エタノール(BOAE、2-(butyloctylamino)ethanol)を用いたことを除いては、前記製造例1-4と同様の方法で化合物7を製造した。
製造例1-7.化合物8の合成
前記製造例1-4のStep1の(1)において、2-(ジヘキシルアミノ)エタノールの代わりに2-(ブチルデシルアミノ)エタノール(BOAE、2-(butyldecylamino)ethanol)を用いたことを除いては、前記製造例1-4と同様の方法で化合物8を製造した。
製造例1-8.化合物9の合成
前記製造例1-1のStep1の(1)において、2-(ジブチルアミノ)エタノールの代わりに2-(ジブチルアミノ)ブタノール(DBAB、2-(Dibutylamino)butanol)を用いたことを除いては、前記製造例1-1と同様の方法で化合物9を製造した。
製造例1-9.化合物10の合成
前記製造例1-1のStep1の(1)において、2-(ジブチルアミノ)エタノールの代わりに2-(ジオクチルアミノ)ブタノール(DOAB、2-(Dioctylamino)buthanol)を用いたことを除いては、前記製造例1-1と同様の方法で化合物10を製造した。
製造例1-10.化合物11の合成
(1)Two-neck RBF(Round Bottom Flask)に、1-ブロモオクタン(1-bromooctane、化合物11の製造)、2-(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate)、4-メトキシフェノール(4-methoxyphenol)、およびアセトニトリル(acetonitrile)を順次入れた。
(2)60℃で6時間反応させた。
(3)メチルt-ブチルエーテル(MTBE、methyl t-butyl ether)に正沈殿(MTBE:反応溶液=15:1(体積比))した後に濾過した。
(4)45℃で真空乾燥した。
製造例1-11.化合物12および13の合成
前記製造例1-10において、1-ブロモオクタンの代わりに、1-ブロモデカン(1-bromodecane、化合物12の製造)、または1-ブロモドデカン(1-bromododecane、化合物13の製造)を用いたことを除いては、前記製造例1-10と同様の方法で化合物12および13を製造した。
前記製造例1-1~1-11では反応物を非溶媒(nonsolvent)に投入する正沈殿方式を用いたが、非溶媒を反応物に投入する逆沈殿方式を用いてもよい。また、MTBEと反応溶液の比は、15:1以外に他の比が用いられてもよく、例えば、12:1、26:1で用いられてもよい。
前記製造例1-1~1-11で製造された化合物1~13の構造は下記のとおりである。
<製造例2>共重合体の製造
製造例2-1
トウモロコシデンプン(対象)100gにグリセロール28.44gと水14.39gを入れ、これに前記化合物12 2gとSPS 1.33gをさらに入れた後に均一に混合する。当該混合物を100℃に加熱されたインターナルミキサ(Internal mixer)に投入し、50rpmで40分間反応させた後、混練状の試料を得た。当該試料を80℃の温度で16時間乾燥した後に粉砕し、砂状の試料1を得た。
製造例2-(比較製造例)
化合物12とSPSを入れていないことを除いては、製造例2-1と同様の方法で砂状の試料2を得た。
製造例2-(比較製造例)
セルロース(シグマアルドリッチ、40230854)100gにグリセロール28.44gと水14.39gを入れ、これに前記化合物12 2gとSPS 1.33gをさらに入れた後に均一に混合する。当該混合物を100℃に加熱されたインターナルミキサ(Internal mixer)に投入し、50rpmで40分間反応させたが、セルロースが糊化せず、投入した粉末のままの試料が得られた。
製造例2-4(比較製造例)
前記製造例2-1において、化合物12の代わりに下記単量体Aを適用したことを除いては、製造例2-1と同様の方法で砂状の試料3を製造した。
HPLC測定により前記試料1および3が製造されたことを確認した。具体的に、対象試料0.2gを食塩水10mLに入れ、常温で24時間振盪(shaking)した後、得られた溶出物をHPLC測定を行った。HPLC測定の結果、残留単量体が検出されていないことを確認することで、対象試料が製造されたことを確認した。
<実験例1>消臭力の測定
実験例1-1
プロテウス・ミラビリス(Proteus mirabilis)菌3000±30CFU/mLを接種した人工尿2.5mLと前記製造例2-1で製造された試料1 1gを細胞培養フラスコ(cell culture flask)に入れた後、35℃で12時間培養して試験培養液を製造した。
前記試験培養液の製造方法において、試料1の代わりに前記製造例2-2で製造された試料2を用いたことを除いては、前記試験培養液と同様の方法で対照培養液を製造した。
前記試験培養液および対照培養液に対して、アンモニア検知管を介して捕集されたアンモニア量を測定し、下記式1により消臭力を計算した。
比較例1-1
前記実験例1-1において、試料1の代わりに製造例2-4で製造された試料3を用いたことを除いては、実験例1-1と同様の方法で消臭力を計算した。
前記実験例1-1および比較例1-1で測定されたアンモニア捕集量および計算された消臭力を下記表1に示す。
比較例1-2
プロテウス・ミラビリス(Proteus mirabilis)菌3000±30CFU/mLを接種した人工尿2.5mLと前記製造例2-2で製造された試料2 1gを細胞培養フラスコ(cell culture flask)に入れた後、35℃で12時間培養して試験培養液を製造した。
前記試験培養液に対して、アンモニア検知管を介して捕集されたアンモニア量を測定し、下記表1に示す。
前記表1は、同一の試料に対してアンモニア検出量(ppm)を繰り返し測定し、1回目の測定結果を#1、2回目の測定結果を#2として記載し、平均は、#1と#2で検出されたアンモニアの平均値である。
前記表1から、本発明の一実施態様による共重合体(試料1、実験例1-1)は、アンモニア検出量が100未満と低いことを確認することができる。これに対し、R1~R3がいずれもメチル基である化合物を適用した共重合体(試料3、比較例1-1)およびデンプンのみからなる重合体(比較例1-2)は、アンモニア検出量がいずれも500以上と高いことを確認することができる。
また、前記表1から、本発明の一実施態様による共重合体(試料1、実験例1-1)は、デンプンのみからなる重合体(試料2、対照培養液)と比較すると、消臭力が70%以上を示すことを確認することができる。これに対し、R1~R3がいずれもメチル基である化合物を適用した重合体(試料3、比較例1-1)の場合、消臭力が20%以下と低いことを確認することができる。
したがって、前記表1から、本発明の一実施態様による共重合体は、消臭力に優れることを確認することができる。
<実験例2>抗菌力の測定
実験例2-1
プロテウス・ミラビリス(Proteus mirabilis)菌3000±30CFU/mLを接種した人工尿2.5mLと前記製造例2-1で製造された試料1 1gを細胞培養フラスコ(cell culture flask)に入れた後、35℃で12時間培養して試験培養液を製造した。試験培養液に対して、アンモニア検知管を介してアンモニアを捕集した。アンモニア捕集が完了した試験培養液に塩類溶液(0.9wt%)7.5mLを入れて混合して菌液を希釈した後、それをコロニー計数(colony counting)ができるように塩類溶液を用いて段階希釈(Serial dilution)し、栄養寒天プレート(nutrient agar plate)に塗抹した。前記塗抹した栄養寒天プレートを35℃で18時間培養して試験サンプルを製造した。
前記試験サンプルの製造方法において、試料1の代わりに前記製造例2-2で製造された試料2を用いたことを除いては、前記試験サンプルと同様の方法で対照サンプルを製造した。
前記試験サンプルおよび対照サンプルに対して微生物濃度を測定し、下記式2により抗菌力(%)を計算した。
比較例2-1
前記実験例2-1において、試料1の代わりに製造例2-4で製造された試料3を用いたことを除いては、実験例2-1と同様の方法で抗菌力を計算した。
前記実験例2-1および比較例2-1で測定された微生物濃度により計算されたlog CFU値および抗菌力を下記表2に示す。
比較例2-2
プロテウス・ミラビリス(Proteus mirabilis)菌3000±30CFU/mLを接種した人工尿2.5mLと前記製造例2-2で製造された試料2 1gを細胞培養フラスコ(cell culture flask)に入れた後、35℃で12時間培養して試験培養液を製造した。試験培養液に塩類溶液(0.9wt%)7.5mLを入れて混合して菌液を希釈した後、それをコロニー計数(colony counting)ができるように塩類溶液を用いて段階希釈(Serial dilution)し、栄養寒天プレート(nutrient agar plate)に塗抹した。前記塗抹した栄養寒天プレートを35℃で18時間培養して試験サンプルを製造した。
試験サンプルの微生物濃度を測定し、log CFU値を計算して下記表2に示す。
前記表2は、同一の試料に対してCFU値を繰り返し測定し、1回目に測定したときのlog CFU値を#1、2回目に測定したときのlog CFU値を#2として記載し、平均は、#1と#2で測定されたCFU値の平均のlog CFU値である。前記表2から、本発明の一実施態様による共重合体(試料1、実験例2-1)は、抗菌力が90%以上と優れることを確認することができる。これに対し、デンプンのみからなる重合体(試料2、比較例2-1)や、化学式1のR1~R3がいずれもメチル基である化合物を適用した共重合体(試料3、比較例2-2)の場合、抗菌力がないか30%以下と低いことを確認することができる。

Claims (12)

  1. デンプンに由来する第1単位;および
    下記化学式1で表される化合物に由来する第2単位
    を含む共重合体:
    前記化学式1において、
    L1は、アルキレン基であり、
    R1~R3のいずれか一つは、炭素数5~30のアルキル基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~30のアルキル基であり、
    R4は、水素またはメチル基である。
  2. 前記デンプンに由来する第1単位は、下記化学式2で表される単位を含む、請求項1に記載の共重合体:
    前記化学式2において、
    R10~R12は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、-OH;または-O-*であり、R10~R12のうち少なくとも一つは-O-*であり、
    n1は、1~10の整数であり、
    *は、共重合体内での結合点である。
  3. 前記化学式1で表される化合物に由来する第2単位は、下記化学式3で表される、請求項1に記載の共重合体:
    前記化学式3において、
    L1は、アルキレン基であり、
    R1~R3のいずれか一つは、炭素数5~30のアルキル基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~30のアルキル基であり、
    R4は、水素またはメチル基であり、
    n2は、1~10の整数であり、
    *は、共重合体内での結合点である。
  4. 前記化学式1で表される化合物は、下記構造のいずれか一つである、請求項1に記載の共重合体:
  5. 前記共重合体は、下記化学式4で表される第3単位を含む、請求項1に記載の共重合体:
    前記化学式4において、
    L1は、アルキレン基であり、
    R1~R3のいずれか一つは、炭素数5~30のアルキル基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~30のアルキル基であり、
    R4は、水素またはメチル基であり、
    m1は、1~10の整数であり、
    m2は、1~10の整数であり、
    *は、共重合体内での結合点である。
  6. 前記第1単位と第2単位の重量比は100:0.5~100:10である、請求項1に記載の共重合体。
  7. 前記共重合体を下記方法1により消臭評価を行ったとき、アンモニアに対する前記共重合体の消臭力が70%以上である、請求項1に記載の共重合体:
    [方法1]
    菌3000±30CFU/mLを接種した人工尿2.5mLと前記共重合体1gを細胞培養フラスコ(cell culture flask)に入れた後、35℃で12時間培養して試験培養液を製造する。
    前記試験培養液の製造方法において、共重合体の代わりにデンプンとグリセロールの圧縮試料を用いたことを除いては、前記試験培養液と同様の方法で対照培養液を製造する。
    前記試験培養液および対照培養液に対して、アンモニア検知管を介して捕集されたアンモニア量を測定し、下記式1により消臭力を計算する。
  8. 前記共重合体は、グラム陽性菌、グラム陰性菌、およびカビ菌からなる群より選択される少なくとも一つの菌株に対して、下記方法2により測定された抗菌力が90%以上である、請求項1に記載の共重合体:
    [方法2]
    菌3000±30CFU/mLを接種した人工尿2.5mLと前記共重合体1gを細胞培養フラスコ(cell culture flask)に入れた後、35℃で12時間培養して試験培養液を製造する。試験培養液に対して、アンモニア検知管を介してアンモニアを捕集する。アンモニア捕集が完了した試験培養液に塩溶液(0.9wt%)7.5mLを入れて混合して菌液を希釈した後、それをコロニー計数(colony counting)ができるように塩溶液を用いて段階希釈(Serial dilution)し、栄養寒天プレート(nutrient agar plate)に塗抹する。前記塗抹した栄養寒天プレートを35℃で18時間培養して試験サンプルを製造する。
    前記試験サンプルの製造時、共重合体の代わりにデンプンとグリセロールの圧縮試料を用いたことを除いては、前記試験サンプルと同様の方法で対照サンプルを製造する。
    前記試験サンプルおよび対照サンプルに対して微生物濃度を測定し、下記式2により抗菌力(%)を計算する。
  9. 請求項1~8のいずれか一項に記載の共重合体を含む抗菌消臭組成物。
  10. 前記抗菌消臭組成物は、活性炭;ベントナイト;高吸水性樹脂;ポリエチレン;ポリプロピレン;ポリスチレン;ポリアミド;ポリイミド;ポリエチレンテレフタレート;ポリ塩化ビニル;アクリロイル-ブタジエン-スチレン;およびポリアクリル酸のうち1以上をさらに含む、請求項9に記載の抗菌消臭組成物。
  11. 請求項9に記載の抗菌消臭組成物を含むか、またはこれより製造された製品。
  12. 請求項1~8のいずれか一項に記載の共重合体の製造方法であって、
    デンプンおよび下記化学式1で表される化合物を80℃~140℃から選択される少なくとも一つの温度で反応させる段階を含む、共重合体の製造方法:
    前記化学式1において、
    L1は、アルキレン基であり、
    R1~R3のいずれか一つは、炭素数5~30のアルキル基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~30のアルキル基であり、
    R4は、水素またはメチル基である。
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