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KR100597682B1 - 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제를 이용한페놀계 고분자의 제조방법 - Google Patents

코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제를 이용한페놀계 고분자의 제조방법 Download PDF

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KR100597682B1
KR100597682B1 KR1020040103608A KR20040103608A KR100597682B1 KR 100597682 B1 KR100597682 B1 KR 100597682B1 KR 1020040103608 A KR1020040103608 A KR 1020040103608A KR 20040103608 A KR20040103608 A KR 20040103608A KR 100597682 B1 KR100597682 B1 KR 100597682B1
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송재광
송봉근
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Abstract

본 발명은 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제를 이용한 페놀계 고분자의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 페놀 단량체 중합시 유독성의 포르말린 사용이 필수적인 통상의 퍼옥시다아제와 가격이 매우 고가이고 과산화수소에 의하여 쉽게 불활성화되는 식물체 유래 퍼옥시다아제 대신에, 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제를 이용하여 페놀계 단량체를 극성 유기용매 내에서 온화한 반응조건(상온, 상압) 하에서 중합시킴으로써 수율이 증대되고, 경제적이며, 내수성, 내화학성이 뛰어난 페놀계 고분자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
퍼옥시다아제, 페놀계 고분자, 코프리너스 시네레우스

Description

코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제를 이용한 페놀계 고분자의 제조방법{Polymerization of phenolic compound using Coprinus cinereus peroxidase}
도 1은 카다놀의 수소 핵자기공명분광도를 나타낸 것이다.
도 2는 폴리카다놀의 수소 핵자기공명분광도를 나타낸 것이다.
도 3은 코프리너스 시네레유스 퍼옥시다아제를 사용 하에서 반응시간에 따른 분자량 변화와 카다놀의 소모를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제를 이용한 페놀계 고분자의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 페놀 단량체 중합시 유독성의 포르말린 사용이 필수적인 통상의 퍼옥시다아제와 가격이 매우 고가이고 과산화수소에 의하여 쉽게 불활성화되는 식물체 유래 퍼옥시다아제 대신에, 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제를 이용하여 페놀계 단량체를 극성 유기용매 내에서 온화한 반응조건(상온, 상압) 하에서 중합시킴으로써 수율이 증대되고, 경제적이며, 내 수성, 내화학성이 뛰어난 페놀계 고분자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
페놀 고분자는 페놀을 산 또는 알카리 조건에서 포름알데히드와의 축합중합법을 이용하여 중합하며 그 종류에 따라 노볼락과 레졸로 구분한다. 이러한 페놀 고분자의 화학적 합성에 있어서 필수적인 포름알데히드의 인체유해성 때문에 포름알데히드를 사용하지 않는 새로운 중합법의 개발이 시급한 상태이다. 페놀 고분자를 호스래디시퍼옥시다아제, 소이빈퍼옥시다아제, 락카아제 등의 산화환원효소를 이용하여 합성하는 사례가 보고되었다[TIBTech. 17:67, 1999]. 그러나, 이러한 산화환원효소는 식물체 유래로 그 가격이 매우 고가이고 과산화수소에 의하여 쉽게 불활성화되는 특징이 있어서 실제적으로 페놀 고분자를 합성하는데 이용되기가 매우 어려운 실정이다.
또한, 페놀계 고분자를 중합하는데 있어서 Fe-SALEN과 같은 전이금속-유기착체를 사용한 바 있으나[미국 특허 제 6,344,516호, Macromol. Rapid Commun. 21(8):496-499, 2000], 퍼옥시다아제를 모방한 금속착체 예를 들어 Fe-SALEN과 같은 화합물은 합성이 필요하며 역시 가격이 상당히 고가이고 또한 페놀 고분자를 합성하는데 많은 양을 필요로 하며, 용액 중합시에는 생성된 페놀계 고분자의 가교반응을 수반하고, 벌크 중합을 할 경우에는 급격한 발열반응 및 가교반응을 수반하는 단점을 가지고 있다.
한편, 본 발명자들은 소이빈퍼옥시다아제 또는 아스퍼질러스퍼옥시다아제와 같은 생촉매를 이용한 페놀계 고분자를 제조하여 방오도료에 적용하는 발명을 특허 출원한 바 있으나[국내 특허 출원 제2003-51034호], 소이빈퍼록시데이즈의 경우 직 접 콩에서 추출하여야 하기 때문에 계절적인 환경에 영향을 많이 받으며 또한 분리정제가 매우 어려워 매우 고가인 문제점이 있다. 또한, 아스퍼질러스 퍼록시데이즈의 경우 과산화수소, 유기용매에 대한 안정성이 매우 작아 이를 이용한 페놀 고분자 합성에 많은 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 경제적인 문제, 분리정제의 문제, 용매 및 과산화수소 안정성과 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과, 생촉매로서 고가이고 과산화수소에 불안정한 식물체 유래의 퍼옥시다아제를 사용하지 않고 코프리너스 시네레우스(coprinus cinereus) 유래의 퍼옥시다아제를 이용하여 온화한 반응조건(상온, 상압)에서 수율을 증대시키고 경제적이며 내수성, 내화학성이 뛰어난 페놀계 고분자를 제조함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 코프리너스 시네레우스로부터 생산된 퍼옥시다아제를 이용하여 수율을 증대시키고, 경제적이며, 내수성, 내화학성이 뛰어난 페놀계 고분자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은
산화제를 사용하고 퍼옥시다아제와 페놀계 단량체를 중합시켜 페놀계 고분자를 제조하는 방법에 있어서,
상기 퍼옥시다아제로 코프리너스 시네레우스(coprinus cinereus) 유래 퍼옥시다아제를 사용하고 22 ∼ 27 ℃의 온도와 극성유기용매 조건하에서 중합반응시켜 페놀계 고분자를 제조하는 방법을 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 페놀계 고분자를 전이금속과 유기리간드 착체를 경화촉매로 사용하여 경화시킨 페놀계 고분자의 용도를 포함한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 페놀 단량체 중합시 유독성의 포르말린 사용이 필수적인 통상의 퍼옥시다아제와 가격이 매우 고가이고 과산화수소에 의하여 쉽게 불활성화되는 식물체 유래 퍼옥시다아제 대신에, 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제[Eur. J. Biochem. 213, 605-611(1993)]를 이용하여 페놀계 단량체를 극성 유기용매 내에서 온화한 반응조건(상온, 상압) 하에서 중합시킴으로써 수율이 증대되고, 경제적이며, 내수성, 내화학성이 뛰어난 페놀계 고분자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 중합대상으로 하고 있는 페놀계 단량체로는 카다놀과 카돌 등의 양적으로 풍부한 식물성 페놀계 오일 외에 아나카딕엑시드, 징크고익엑시드, 메틸카돌, 우루시올, 띠트시올, 랭고올, 락콜 그리고 석유화학산업에서 생산되는 페놀, 알킬페놀(메틸페놀, 에틸페놀, 프로필페놀, 부틸페놀, t-부틸페놀, 옥틸페놀, 노닐페놀), 알케닐페놀 등이 포함된다.
본 발명에서는 여러 가지 퍼옥시다아제 중 특히 코프리너스 시네레우스가 생산하는 퍼옥시다아제[Eur. J. Biochem. 213, 605-611(1993)]가 매우 높은 활성을 가지며 효과적으로 위에서 열거한 페놀류을 중합하는데 효과적임을 고지하고 있다. 또한, 이러한 코프리너스 시네레우스로부터 효과적으로 퍼옥시다아제를 대량 생산할 수 있는 배양조건을 실험을 통하여 확립하였다. 코프리너스 시네레우스는 감자전분을 탄소원으로 하여 높은 생장 속도를 보이나, 이때에는 배양액 중으로 퍼옥시다아제를 분비하지 않는다. 따라서, 퍼옥시다아제의 분비를 유도하기 위해서는 포도당을 탄소원으로 이용하여야 한다. 포도당을 탄소원으로 이용할 경우 그 농도는 1 g/L부터 300 g/L로 다양하게 유지할 수 있으나 5일 이내에 높은 농도의 퍼옥시다아제 활성을 획득하기 위해서는 20 g/L의 농도에서 배양하는 것이 바람직하다. 또한, 퍼옥시다아제의 활성을 증진하기 위해서 퍼옥시다아제의 활성단 화합물인 헴(heme)을 외부에서 공급하는 것이 필요하다. 이를 위하여 본 발명에서는 1 μM부터 1 mM 정도의 농도가 될 수 있도록 헴을 공급하였다. 특히 퍼옥시다아제의 높은 활성을 얻기 위해서는 100 ∼ 200 μM 정도의 헴이 유효한 것으로 실험을 통하여 결정하였다. 헴 대신에 헴을 포함한 동물 적혈구 세포 등의 공급도 퍼옥시다아제의 활성을 증진할 수 있으며, 또한 헴 합성의 전구체인 아미노레블루닉엑시드의 첨가도 역시 퍼옥시다아제의 활성을 증진할 수 있다.
상기와 같은 퍼옥시다아제의 사용량은 페놀계 단량체 사용량 1 중량부에 대하여 0.1 ∼ 1.0 중량부가 바람직한데, 이때 퍼옥시다아제의 사용량이 0.1 중량부 미만이면 반응속도가 너무 작아 반응에 소요되는 시간이 길어지는 문제가 있으며, 1.0 중량부를 초과하는 경우에는 경제적인 문제와 더불어 중합된 생성물이 스스로 가교되는 현상으로 인하여 안정된 페놀계 고분자를 얻을 수 없는 문제점이 있다.
또한, 퍼옥시다아제를 사용하여 페놀계 단량체를 중합하기 위해서는 산화제가 필요하다. 산화제로는 과산화수소와, t-부틸하이드로퍼옥사이드, t-에틸하이드로퍼옥사이드 등과 같은 유기계과산화수소 등을 사용할 수 있으며, 페놀계 단량체에 대하여 0.1 ∼ 1.5 몰비로 사용한다. 이때, 산화제의 사용량이 0.1 몰비 미만이면 중합수율이 감소하는 문제가 있으며 1.5 몰비를 초과할 경우 산화환원효소의 활성이 급격하게 감소하는 문제가 있다.
코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제를 이용하여 페놀계 단량체를 중합하여 페놀계 고분자를 제조하기 위해서는 반드시 기질인 페놀계 화합물을 용해할 수 있는 적당한 유기용매가 필수적이다. 본 발명에서는 여러 가지 유기용매 중에서 극성용매인 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, t-부탄올과 같은 알코올계 용매의 수용액이 바람직하다. 상기한 알코올계 유기용매는 완충액 30 ∼ 70 부피%와 혼합하여 사용하며, 상기와 같은 알코올계 유기용매 사용량은 전체 반응물의 부피의 30 ∼ 70 부피% 이다. 이때, 유기용매 사용량이 30 부피% 미만이면 페놀계 단량체의 용해도가 감소하여 발생되는 층분리 현상으로 인하여 고농도의 단량체를 반응시킬 수가 없는 문제점이 있다. 또한, 유기용매 사용량이 70 부피%를 초과할 경우에는 생촉매로 사용되는 퍼옥시다아제의 활성도가 급격히 감소되는 경향이 있어서 반응을 지속시킬 수가 없는 문제점이 있다. 상기한 바와 같이, 본 발명에서는 페놀계 단량체를 중합시켜서 페놀계 중합체를 제조하는 과정에서 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제를 이용함으로써, 기존의 페놀계 중합체를 제조시 에 고온 및 고압 등의 가혹한 환경이 아닌 온화한 조건(22 ∼ 27 ℃(상온), 상압)에서 수행할 수 있도록 하며, 포르말린 등의 유독한 화합물을 사용하지 않는 등의 제조상의 개선을 이루면서도 기존의 제조방법보다 고분자량의 페놀계 중합체를 수득할 수 있다.
또한, 고가이며 과산화수소에 불안정한 식물체 유래의 퍼옥시다아제 대신에 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제를 사용함으로써 경제적이며, 과산화수소에 안정하여 페놀계 고분자의 수득율을 증대시킬 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조된 페놀계 고분자는 그 자체로서 우수한 항산화특성을 나타내기 때문에 항산화능을 요구하는 다양한 분야에 적용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 식품보관용 용기 및 장치의 내부코팅재료, 방오작용을 요구하는 해양용 도료 조성물의 재료로서 사용될 수 있다. 또한, 일반적으로 페놀계 고분자들이 사용되어온 산업분야에 적용될 수 있다.
상기와 같이 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제에 의하여 중합된 페놀계 고분자를 코팅용 재료에 적용하기 위해서는 상기 페놀계 고분자의 곁가지로 붙어있는 알케닐기의 라디칼 가교반응을 활용한 경화과정을 거쳐야 한다. 경화를 위해서 사용될 수 있는 경화촉매로는 전이금속과 유기리간드의 착체를 사용하는데, 구체적으로 예를 들면, 코발트나프테네이트, 망간나프테네이트 등이 사용될 수 있다. 경화촉매의 사용량은 페놀계 중합체 1 중량부에 대하여 0.05 ∼ 0.3 중량부인데, 이때 경화촉매의 사용량이 0.05 중량부 미만일 경우에는 경화하는데 시간이 많이 소요되며 또한 경화된 페놀계 중합체를 코팅한 도막의 강도가 감소하는 문제가 있으며, 경화촉매의 사용량이 0.3 중량부를 초과할 경우에는 경화과정이 너무 빨리 진행되어 가사시간이 급격히 짧아져 코팅하는데 어려움이 있고, 코팅시 주름형성과 같은 문제점이 발생한다. 또한, 추가적으로 전이금속과 유기리간드의 착제 외에 메틸에틸케톤퍼옥사이드를 함게 가하여 경화 강도를 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명은 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
사용된 코프리너스 시네레우스는 야생종으로 다음과 같은 조성의 배양용액에서 배양하였다. 3 g 이스트 추출물, 10 g 펩톤, 0.2 g 페러스설페이트(FeSO4ㆍ 7H2O), 1 g 마그네슘설페이트(MgSO4ㆍ7H2O), 20 g 포도당을 1 L 부피의 물에 용해한 후 이를 pH 7.0 으로 조정하였다. 배양조건은 30 ℃, 180 rpm으로 진탕배양하였으며 일마다 샘플링을 하여 배양액으로 분비 생산되어진 퍼옥시다아제 활성도를 측정하였다. 퍼옥시다아제 활성도는 ABTS(2,2'-azino-bis(3-ethylbenzthiazonline-6-sulphonic acid)를 산화시켜 이를 흡광계를 이용 405 nm에서의 발색양을 측정하는 방법을 이용하여 측정하였으며, 활성도 1 유닛(U)은 1 마이크로몰의 ABTS를 1분에 산화하는 퍼옥시다아제 활성량으로 정의하였다. 다음 표 1은 시간에 따른 배지에서 측정되는 퍼옥시다아제 활성도를 표시한 것이다.
시간에 따른 배양액에서의 코프리너스 시네레우스 퍼옥시다아제 활성도
운전시간 (일) 코프리너스 시네레우스 퍼옥시다아제 활성도(U/ml)
1 0
2 0
3 30
4 60
5 90
6 150
7 350
상기 표 1에서 볼 수 있듯이 코프리너스 시네레우스 퍼옥시다아제는 초기에는 분비 생산되지 않으나 3일차부터 분비 생산되며 7일차에서 가장 높은 활성을 보임을 알 수 있었다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 배양액으로 분비 생산된 코프리너스 시네레우스 퍼옥시다아제를 분리농축하기 위하여 다음과 같은 과정을 거친다. 우선, 균체를 제거하기 위하여 1 ㎛ 기공사이즈를 가지는 필터페이퍼를 이용하였으며 여과액을 회수하였다. 여과액에 포함된 퍼옥시다아제를 농축하기 위하여 연속식 한외여과막(분자량 10,000 배제, 아미콘사)를 이용하였으며 농축비는 10배에 달하였다. 여기에 전체 부피의 무게비로 70%가 되도록 암모니움설페이트((NH4)2SO4)를 가하여 퍼옥시다아제를 침전시켰다. 얻어진 농축액에 포함된 퍼옥시다아제를 순수분리 하기위하여 SDS-PAGE를 이용하여 전기영동법을 이용하였다. 확인된 단백질 밴드 중 퍼옥시다아제 활성을 가지는 부분을 0.1 M 구아이아콜(guaiacol) 용액을 PAGE 젤에 가하여 적갈색을 나타내도록 하는 방법을 이용하여 확인하였다. 이러한 방법을 이용하여 분리된 퍼옥시다아제의 단백질 아미노산 서열 분석을 위하여 ESI-QTOF 기기를 이용하였으며, 결정된 단백질 서열은 서열번호 1과 같다[Eur. J. Biochem. 213, 605-611(1993)].
실시예 3
상기 실시예 1에서 예시된 배양액에 헴(heme)을 DMSO 유기용매에 미리 용해한 후 이를 배양액에 가하고 여기에 코프리너스 시네레우스 포자를 더한 다음 진탕배양기에서 배양하였다. 이때 첨가한 헴 농도에 따른 배양액으로 분비 생산된 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제의 활성도를 다음 표 2에 나타내었다.
헴 첨가 농도에 따른 퍼옥시다아제 활성도 변화(7일 후 측정치)
헴 농도 (μM) 퍼옥시다아제 활성도 (U/ml)
0 350
20 500
50 720
100 1100
200 1300
500 500
상기 표 2에서 볼 수 있듯이 헴 농도가 200 μM에서 가장 높은 퍼옥시다아제 활성도를 나타냄을 알 수 있으며 그 이상인 농도에서는 오히려 감소하는데 이는 이러한 농도로 투여하기 위해서 함께 부가된 유기용매(DMSO)의 독성 때문으로 판단된다. 이를 암모니움설페이트를 전체 부피의 70% 정도가 되도록 첨가하여주면 퍼옥시다아제를 포함한 단백질의 침전체를 얻을 수 있다. 여기에 다시 0.1M 소디 움 포스페이트버퍼를 가하여 퍼옥시다아제 활성도가 약 10,000 U/ml 정도가 되는 퍼옥시다아제 포함 효소용액을 만들 수 있다.
실시예 4
카슈넛 추출액 중에서 분리된 카다놀(팔머인터네셔널, 미국)에는 90 ∼ 95 중량%의 순도를 가지는 것으로 여기에는 약 3 ∼ 6 중량% 정도의 카돌이 포함되어있다. 0.6 g의 카다놀(2 mmol)을 12.5 ml의 이소프로판올과 12.5 ml의 포스페이트버퍼(0.1 M, pH 7.0) 혼합용액에 용해시킨 후 여기에 0.6 g의 농축된 코프리너스 시네레우스 퍼옥시다아제(실시예 3)에서 제조, 10,000 U/ml)을 첨가하였다. 30% 농도의 과산화수소 용액 300 ㎕(2.6 mmole)를 6시간에 걸쳐 지속적으로 균등하게 첨가하였다. 반응온도는 상온에서 행하며 혼합정도는 전체 용액이 균일하게 혼합될 수 있도록 행하였다. 반응 후 반응용액은 감압 하에서 농축한 후 여기에 에틸아세테이트 20 ㎖를 첨가하였다. 에틸아세테이트 용매에 용해되는 부분을 회수한 후 감압하에 용매를 제거하여 농축함으로써 페놀계 중합체인 폴리카다놀을 얻었다. 반응중의 퍼옥시다아제 활성도는 ABTS(아지노비스에틸벤조띠아졸린술포네이트)를 이용한 발색법을 이용하여 측정하였다. 생성물의 분자량은 굴절률 감지기가 장착되어 있는 GPC(Gel permeation chromatography)를 이용하여 측정하였다. 측정결과 중량 평균분자량은 8,000 ∼ 13,000을 가지는 것을 나타났으며, 평균수율은 70% 이상으로 측정되었다. 도 1 및 도 2는 반응 전 카다놀과 반응 후 폴리카다놀의 핵자기공명스펙트럼을 보여주고 있다. 도 1 및 도 2에 서 6 ∼ 7.2 ppm 사이를 보면 반응 후 전체적인 수소피크들이 넓어지는 형태를 볼 수 있으며, 특히 벤젠링에 위치하는 수소피크들이 주로 사라지는 것으로 볼 때 퍼옥시다아제에 의하여 벤젠고리와 벤젠고리가 직접적으로 연결되는 반응이 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1 ∼ 3
상기 실시예 4와 같은 조건으로 반응시키면서 유기용매와 퍼옥시다아제의 종류를 다음 표 3에 나타낸 것을 사용하였다.
비고 카다놀(mmol) 유기용매 생촉매 수율(%) Mw Mn
실시예 1 2.0 메탄올 CiP 72.0 12,808 3,540
실시예 2 2.0 에탄올 CiP 85.0 10,974 4,096
실시예 3 2.0 이소프로판올 CiP 95.0 8,221 3,411
비교예 1 2.0 메탄올 SBP 42.5 12,808 3,540
비교예 2 2.0 에탄올 SBP 50.4 10,974 4,096
비교예 3 2.0 이소프로판올 HRP 0 - -
CiP : 코프리너스 시네레우스 퍼옥시다아제 SBP : 소이빈퍼옥시다아제 HRP : 호오스래디시퍼옥시다아제
상기 표 3에서 볼 수 있듯이, 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제 외에 호스래디시퍼옥시다아제를 이용할 경우에는 이소프로판올 용매조건하에서도 전혀 폴리카다놀이 합성되지 않았으며, 소이빈퍼옥시다아제의 경우에는 페놀계 고분자의 수율이 떨어지는 경향이 있다.
실시예 5
6 g의 카다놀(20 mmol)을 17.5 ㎖의 이소프로판올과 7.5 ㎖의 포스페이트버 퍼(0.1 M, pH 7.0) 혼합용액에 용해시킨 후 여기에 실시예 3에서 농축된 코프리너스 시네레우스 퍼옥시다아제(10,000 U/㎖)를 6 g 첨가하였다. 15% 농도의 과산화수소 용액 3000 ㎕(13.2 mmol)를 7시간에 걸쳐 지속적으로 균등하게 첨가하였다. 반응온도는 상온에서 행하며 혼합정도는 전체 용액이 균일하게 혼합될 수 있도록 행하였다. 반응 후 반응용액은 감압하에서 농축한 후 여기에 에틸아세테이트 20 ml를 첨가하였다. 에틸아세테이트 용매에 용해되는 부분을 회수한 후 감압하에 용매를 제거하여 농축하였다. 반응중의 퍼옥시다아제 활성도는 ABTS(아지노비스에틸벤조띠아졸린술포네이트)를 이용한 발색법을 이용하여 측정하였다. 생성물의 분자량은 굴절률 감지기가 장착되어 있는 GPC(Gel permeation chromatography)를 이용하여 측정하였다. 측정결과 평균분자량은 5,000 ∼ 10,000을 가지는 것으로 나타났으며, 평균수율은 90% 이상으로 측정되었다. 도 3은 이러한 조건하에서 반응시간 중의 분자량 변화와 카다놀의 소모를 나타낸 것이다. 도 3에서 볼 수 있듯이 과산화수소의 주입에 따라 카다놀은 직선적으로 감소하여 중합되어 가며, 분자량은 반응시간 초기에 급격히 증가하고 이후 완만히 증가하는 것을 볼 수 있다. 도 3에서 볼 수 있듯이 코프리너스 시네레우스 퍼옥시다아제를 이용할 경우 카다놀의 농도가 약 22%(w/v)인 환경하에서도 90% 이상의 수율로 반응이 진행되었다. 이는 일반적인 고분자 합성시 단량체의 농도가 높을수록 공정상 생산성에 있어서 경제성이 있다고 생각되며 본 발명에서의 단량체 농도 22%(w/v)는 충분히 경제성이 있다고 판단된다 . 따라서, 코프리너스 시네레우스 퍼옥시다아제 이용 고분자 합성공정이 매우 상업적으로 가능성 있음을 의미 한다.
실시예 6
상기 실시예 4, 5에서 합성된 폴리카다놀은 용제에 녹을 수 있는 선형고분자형태이다. 폴리카다놀 1 중량부에 대하여 0.05 중량부의 코발트나프테네이트, 또는 0.05 중량부의 코발트나프테네이트과 0.05 중량부의 메틸에틸케톤퍼옥사이드를 가하여 폴리카다놀이 가교되도록 하였다. 이는 폴리카다놀에 존재하는 불포화지방산그룹들이 서로 가교가 되도록 함으로써, 표면에 코팅할 경우 표면에 강고한 도막을 형성하게 된다.
다음 표 4는 코발트나프테네이트와 메틸에틸케톤퍼옥사이드를 첨가하여 생성된 도막의 경도를 측정한 것이다. 경도측정은 표준연필경도법에 의거하여 측정되었다. 경화용 촉매인 코발트나프테네이트가 첨가되지 않은 경우에는 시간의 경과에 따라 전혀 강도가 증가되지 않는다. 코발트나프테네이트의 함량을 증가시킬 경우 빠른 시간내에 경도가 증가함을 알 수 있다. 여기에 메틸에틸케톤퍼옥사이드를 동시에 첨가하였을 경우에는 경화과정이 매우 빠르게 진행되어 상업적으로 시판되는 방오 도료와 거의 유사하거나 더 높은 경도를 보이는 것을 알 수 있다.
경화제 투여에 따른 시간변화 경도
비고 기간
경화제 조성(중량부) 1시간 1일 3일 5일 9일
투여안함 - - - - -
코발트나프테네이트(0.05) - 5B 2H 3H 3H
코발트나프테네이트(0.1) - 2H 3H 4H 5H
코발트나프테네이트(0.05)/메틸에틸케톤퍼옥사이드(0.05) 접촉가능 3H 4H 6H 7H
선박용방오도료 (인터네셔널페인트, 네덜란드) 접촉가능 2H 2H 3H 4H
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 코프리너스 시네레우스 유래 퍼옥시다아제를 이용한 페놀계 고분자의 제조방법은 기존 페놀계 고분자 합성시 사용되어지는 가혹조건(고온, 고압) 및 유독한 화합물(포르말린 계열)을 전혀 사용하지 않고 기존 페놀계 고분자에 비하여 훨씬 큰 분자량의 페놀계 고분자를 획득한다는 점에서 그 기술적 효과와 더불어 미래 지향적인 친환경적인 공정을 제시하고 있고, 또한 식물체 유래 퍼옥시다아제를 사용할 때 보다 경제적이고 수율이 향상되었다.
본 발명에서 퍼옥시다아제를 이용하여 합성된 경화가능한 폐놀계 식물성 오일은 전통적으로 사용되어져온 옻과 유사한 특성이 있어서 옻칠 코팅물의 대용품으로 사용되어질 수 있으며, 또한 항산화특성이 있어서 식품보관용 용기 및 장치의 내부코팅재료 그리고 가장 중요하게는 해양부착생물의 오염을 방지할 수 있는 방오용 코팅재료로 사용될 수 있다. 그 외에 페놀고분자의 일반적으로 사용되어져온 산업적 응용사례를 참고할 경우 브레이크라이닝 재료, 브레이크패드 재료, 잉크 원료, 접착원료, 에폭시레진 원료 등으로 응용될 수 있을 것으로 예상된다.
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Claims (8)

  1. 산화제를 사용하고 퍼옥시다아제와 페놀계 단량체를 중합시켜 페놀계 고분자를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 퍼옥시다아제로 코프리너스 시네레우스(coprinus cinereus) 유래 퍼옥시다아제를 사용하고 22 ∼ 27 ℃의 온도와 극성유기용매 조건하에서 중합반응시켜 페놀계 고분자를 제조하는 방법
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 페놀계 단량체는 카다놀, 카돌, 아나카딕엑시드, 징크고익엑시드, 메틸카돌, 우루시올, 띠트시올, 랭고올, 락콜, 페놀, 알킬페놀 또는 알케닐페놀인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 코프리너스 시네레우스로 유래 퍼옥시다아제는 페놀계 단량체 1 중량부에 대하여 0.1 ∼ 1.0 중량부를 중합반응시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 산화제는 페놀계 단량체 1 몰당 0.1 ∼ 1.5 몰의 비 율의 과산화수소 또는 유기과산화수소인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 극성 유기용매는 이소프로판올, 메탄올, 에탄올 또는 t-부탄올인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 퍼옥시다아제와 페놀계 단량체 중합 반응시 헴을 100 ∼ 200 μM 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 1의 방법으로 제조된 페놀계 중합체를 경화시킨 것을 특징으로 하는 코팅재료.
  8. 청구항 1의 방법으로 제조된 페놀계 중합체를 경화시킨 것을 특징으로 하는 접착제.
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