KR102478528B1 - 전분계 중합체를 이용한 친환경 탄성 하이드로젤, 그 제조 방법 및 바이오엘라스토머의 착색 방법 - Google Patents
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Abstract
개시된 탄성 하이드로젤은, 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 50 중량부를 포함하고, 쇼어 A 경도가 5 내지 65이고, 팽윤율(팽윤된 재료 무게-건조된 재료 무게/건조된 재료 무게)이 0.2 내지 1.0이다. 상기 탄성 하이드로젤은 우수한 생분해성과 생체적합성을 갖는다.
Description
본 발명은 전분계 중합체를 이용한 친환경 소재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전분계 중합체를 이용한 친환경 탄성 하이드로젤, 그 제조 방법 및 바이오엘라스토머의 착색 방법에 관한 것이다.
탄성 하이드로젤은 전자제품(착용형 전자기기 기재)에서 화장품(마스크팩 등), 의료분야(일회용 컨택트렌즈, 피부/점막부착 의료기기, 세포배양 기재, 진단/분석키트, 약물전달 기제 등)에 이르기까지 다양한 분야에서 활용되고 있다.
탄성 하이드로젤로 이루어진 제품은 사용시간에 따라 함유된 수분이 증발됨으로써 기능성을 잃게 되므로 다양한 일회용 제품에 활용되고 있다. 종래의 탄성 하이드로젤은 석유화학 물질 등을 주로 사용함에 따라, 낮은 생체적합성에 따른 위해성 우려 및 낮은 생분해성으로 인한 환경오염 문제가 있다.
(1) ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 6, 37423753, Robust and Biodegradable Elastomers Based on Corn Starch and Polydimethylsiloxane
본 발명의 일 과제는, 생분해성 및 생체적합성이 개선된 친환경 탄성 하이드로젤을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 상기 친환경 탄성 하이드로젤의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 합성 안료를 이용하지 않는 바이오엘라스토머의 착색 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 탄성 하이드로젤은, 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 50 중량부를 포함하고, 쇼어 A 경도가 5 내지 65이고, 팽윤율(팽윤된 재료 무게-건조된 재료 무게/건조된 재료 무게)이 0.2 내지 1.0 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 탄성 하이드로젤은, 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 15 중량부를 포함하고, 쇼어 A 경도가 30 내지 50이고, 팽윤율(팽윤된 재료 무게-건조된 재료 무게/건조된 재료 무게)이 0.3 내지 0.5이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 하이드로젤의 제조 방법은, 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 50 중량부, 가교제 0.1 내지 5 중량부, 경화 지연제 0.1 내지 2 중량부 및 가황제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 엘라스토머 조성물을 성형 및 경화하는 단계 및 상기 경화된 엘라스토머를 열탕 침지하여 상기 전분을 겔화하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 가교제는, 디메틸하이드로젠실록산 또는 메틸하이드로젠실록산과 메틸실세스퀴옥산을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 경화 지연제는 2-메틸-3-부틴-2-올, 2-페닐-3-부틴-2-올, 3,5-디메틸-1-헥신-3-올, 1-에티닐사이클로헥산올, 1,5-헥사디인, 1,6-헵타디인, 3,5-디메틸-1-헥센-1-인, 3-에틸-3-부텐-1-인, 3-페닐-3-부텐-1-인, 1,3-디비닐테트라메틸디실록산, 1,3,5,7-테트라비닐테트라메틸사이클로테트라실록산 및 1,3-디비닐-1,3-디페닐디메틸디실록산으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 가황제는, 말단이 히드록시기로 블록킹된(terminated) 디메틸실록산, 말단이 히드록시기로 블록킹된 메틸비닐실록산, 옥타메틸 시클로테트라실록산, 말단이 디메틸비닐실록시기로 블록킹된 디메틸실록산, 말단이 히드록시기로 블록킹된 폴리디메틸실록산 및 메틸비닐시클로실록산으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 전분은, 천연 전분 및 변성 전분으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 전분은, 물리적 변성 전분(physically modified starch), 효소처리 전분, 산처리 전분, 염기처리 전분, 표백 전분, 인산 일전분(monostarch phosphate), 전분 아세테이트, 히드록시프로필 전분 및 히드록시프로필 인산 이전분으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 변성 전분을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 탄성 하이드로젤의 쇼어 A 경도가 5 내지 65이고, 팽윤율(팽윤된 재료 무게-건조된 재료 무게/건조된 재료 무게)이 0.2 내지 1.0 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 전분의 함량은 상기 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부이고, 상기 탄성 하이드로젤의 쇼어 A 경도가 30 내지 50이고, 팽윤율이 0.3 내지 0.5 이다.
일 실시예에 따르면, 상기 탄성 하이드로젤을 건조하는 단계 및 상기 건조된 탄성 하이드로젤을 60℃ 이상의 물에서 2분 내지 30분간 침지하여 수분으로 팽윤하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오폴리머의 착색 방법은, 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 50 중량부, 가교제 0.1 내지 5 중량부, 경화 지연제 0.1 내지 2 중량부 및 가황제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 엘라스토머 조성물을 성형 및 경화하는 단계 및 상기 경화된 엘라스토머를 가열하여, 상기 전분의 캐러멜화에 의한 색상을 발현하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 전분의 캐러멜화를 위한 가열 온도는 170℃ 내지 250℃이다.
일 실시예에 따르면, 상기 전분의 캐러멜화를 위한 가열 시간은 30분 내지 150분이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 자연유래 물질인 전분 중합체를 탄성중합체에 첨가하여 탄성 하이드로젤의 생분해성을 개선할 수 있다.
또한, 전분계중합체는 낮은 치수안정성(dimensional stability)으로 인해 기계 가공에 적합하지 않으나, 탄성중합체가 기계적 물성을 제공하는 부재로 작용하여 치수안정성이 보장될 수 있으며, 탄성중합체와 전분계중합체의 배합 비율을 조절하여 기계적 물성 및 수분함유능을 조절할 수 있다.
또한, 본질적으로 친수성(hydrophilic)을 갖는 전분계중합체가 소수성(hydrophobic)성을 갖는 실리콘 탄성중합체의 액체 젖음성(wettability)을 강화할 수 있고, 전분계중합체의 겔화(gelation)특성을 활용해 탄성중합체에 수분함유능을 부여함에 따라 피부/점막 접촉 제품에 응용할 경우 강화된 젖음성과 수분함유능에 의해 마찰을 저감하고, 촉촉함 등 감성 품질을 개선시킬 수 있으며, 접촉 후 소수성 탄성중합체가 탄성 하이드로젤이 함유한 수분의 증발을 지연시켜 사용 시간이 증가하는 장점이 있다
또한, 화학적으로 처리되어 호화 특성이 개량된 변성전분중합체을 활용하면 낮은 온도에서도 배합 재료의 호화를 쉽게 유도할 수 있다.
또한, 별도 안료 첨가 없이, 전분 배합 바이오폴리머를 열처리하여 전분의 캐러멜화(caramelization)를 유도함에 따라 재료에 색상을 부여할 수 있으므로, 비용의 절감이 가능하며, 친환경적인 제품을 제조할 수 있다.
상기 색상 구현은, 별도의 분위기 가스 제어 없이 공기 중에서 열처리하는 것이므로 간단하게 수행이 가능하며, 전분 함량을 조절하거나 열처리 온도와 열처리 시간을 조절함으로써, 다양한 색상이 구현 가능하다. 따라서, 의료 기기 등에 사용될 경우, 다양한 스킨 톤을 구현 가능하다.
또한, 제품의 형상 등에 따라 제품 내 약간의 색상 편차가 발생할 수 있으나, 이를 이용하여 생체 재료를 제조할 경우, 제품이 실제 피부와 유사한 자연스러운 색상을 가짐에 따라 심미감을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 하이드로젤의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 하이드로젤의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오엘라스토머의 착색 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 실시예 2에 따라 얻어진 샘플(착용형 의료기기-비강확장기)들의 디지털 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 하이드로젤의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오엘라스토머의 착색 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 실시예 2에 따라 얻어진 샘플(착용형 의료기기-비강확장기)들의 디지털 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 친환경 탄성 하이드로젤 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
탄성 하이드로젤의 제조 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 하이드로젤의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 엘라스토머 조성물을 성형 및 경화한다(S12).
상기 엘라스토머 조성물은 전분, 실리콘 엘라스토머 성분, 가교제, 경화지연제 및 가황제를 포함한다. 필요에 따라, 상기 엘라스토머 조성물은 촉매, 가소제, 이형제, 충진제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 전분은, 카사바, 고구마, 밀, 옥수수, 감자, 쌀 등과 같은 식물 유래의 천연 전분일 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 상기 전분으로는, 물리적 변성 전분(physically modified starch), 효소처리 전분, 산처리 전분, 염기처리 전분, 표백 전분, 인산 일전분(monostarch phosphate), 전분 아세테이트, 히드록시프로필 전분, 히드록시프로필 인산 이전분 등과 같은 변성 전분이 사용될 수도 있다. 상기와 같은 변성 전분은 노화에 대한 저항성이 높아, 탄성 하이드로젤을 건조 후 다시 팽윤할 경우에도 높은 팽윤율을 유지할 수 있다.
상기 실리콘 엘라스토머 성분은, 경화 반응이 가능한 작용기를 갖는 실록산 단량체, 실록산 올리고머, 폴리실록산 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상업적으로 입수 가능한 실리콘 엘라스토머 성분은, 다우코닝 코포레이션(Dow Corning Corporation)으로부터 입수가능한 다우 코닝ㄾ C6-235, C6-250, C6-265 탄성중합체, 다우 코닝ㄾ QP1(예를 들어, QP1-30, QP1-50, QP1-60, QP1-70) 실리콘 탄성 중합체, 다우 코닝ㄾ QP1-30 실리콘 탄성중합체(CHN), 다우 코닝ㄾ QP1-30 HC 벌룬 고무 베이스(Balloon Rubber Base) 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가교제는 사슬 내 또는 사슬 말단에 Si-H기를 갖는 폴리오가노실록산을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 가교제는 디메틸하이드로젠실록산, 메틸하이드로젠실록산을 포함하거나, 이를 메틸실세스퀴옥산과 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 경화 지연제는 상기 엘라스토머 조성물의 경화 속도를 조절하는 목적으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 경화지연제는, 2-메틸-3-부틴-2-올, 2-페닐-3-부틴-2-올, 3,5-디메틸-1-헥신-3-올, 1-에티닐사이클로헥산올, 1,5-헥사디인, 1,6-헵타디인, 3,5-디메틸-1-헥센-1-인, 3-에틸-3-부텐-1-인, 3-페닐-3-부텐-1-인, 1,3-디비닐테트라메틸디실록산, 1,3,5,7-테트라비닐테트라메틸사이클로테트라실록산, 1,3-디비닐-1,3-디페닐디메틸디실록산 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 가황제는 가교를 증진하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 가황제는, 말단이 히드록시기로 블록킹된(terminated) 디메틸실록산, 말단이 히드록시기로 블록킹된 메틸비닐실록산, 옥타메틸 시클로테트라실록산, 말단이 디메틸비닐실록시기로 블록킹된 디메틸실록산, 말단이 히드록시기로 블록킹된 폴리디메틸실록산, 메틸비닐시클로실록산 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전분의 함량은 상기 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부를 포함할 수 있다. 상기 전분의 함량이 과소한 경우 겔화도가 저하될 수 있으며, 상기 전분의 함량이 과다한 경우 경화도가 감소하여 적절한 물성을 얻기 어렵다. 바람직하게, 상기 전분의 함량은 상기 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부일 수 있다.
예를 들어, 상기 엘라스토머 조성물은 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 50 중량부, 가교제 0.1 내지 5 중량부, 경화 지연제 0.1 내지 2 중량부 및 가황제 0.1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 엘라스토머 조성물은 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 15 중량부, 가교제 0.1 내지 5 중량부, 경화 지연제 0.1 내지 2 중량부 및 가황제 0.1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 엘라스토머 조성물은 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 8 내지 12 중량부, 가교제 0.5 내지 2 중량부, 경화 지연제 0.1 내지 1 중량부 및 가황제 1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다. 상기의 조성을 통해 본 발명이 목적하는 물성(경도 및 팽윤율)을 갖는 탄성 하이드로젤을 얻을 수 있다.
상기 엘라스토머 조성물을 성형 및 경화는 적정한 온도와 압력 조건에서 진행될 수 있다. 예를 들어, 압축 하중은 500kPa 내지 2,000kPa일 수 있으며, 100℃ 내지 200℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 가열 가압 공정은 1분 내지 10분 동안 수행될 수 있다. 상기 엘라스토머 조성물이 성형 및 경화됨에 따라 엘라스토머가 얻어질 수 있다.
다음으로, 상기 경화된 엘라스토머를 겔화한다(S14). 상기 엘라스토머의 겔화는 상기 엘라스토머에 포함된 전분의 겔화에 의한 것일 수 있다. 상기 전분의 겔화를 유도하기 위하여 열탕 침지를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 열탕 침지는 85℃ 이상의 물에서 2분 내지 30분간 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따라 얻어진 탄성 하이드로젤은 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 50 중량부를 포함하고, 쇼어 A 경도가 5 내지 65이고, 팽윤율(팽윤된 재료 무게-건조된 재료 무게/건조된 재료 무게)이 0.2 내지 1.0 일 수 있다. 바람직하게, 상기 탄성 하이드로젤은 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 15 중량부를 포함하고, 쇼어 A 경도가 30 내지 50이고, 팽윤율이 0.3 내지 0.5 일 수 있다.
상기 탄성 하이드로젤은, 공정상 또는 용도상의 필요에 따라 건조 후 다시 팽윤될 수 있다(비연속적 공정).
예를 들어, 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 탄성 하이드로젤의 제조 방법을 따르면, 먼저 엘라스토머 조성물을 성형 및 경화한다(S22). 다음으로, 상기 경화된 엘라스토머를 겔화한다(S24). 상기 성형/경화 단계 및 상기 겔화 단계의 수행 방법은 기설명한 실시예에서와 실질적으로 동일할 수 있다.
다음으로, 겔화된 엘라스토머를 건조한다(S25). 예를 들어, 상기 엘라스토머의 건조는 열풍 건조에 의해 수행될 수 있다. 수분을 함유하지 않도록 건조된 탄성젤(겔화된 엘라스토머)은 건조한 실내에서 실온 보관될 수 있다.
다음으로, 건조된 탄성 엘라스토머를 수분으로 팽윤시켜 탄성 하이드로젤을 형성한다(S26). 예를 들어, 상기 건조된 탄성 엘라스토머를 60℃ 이상의 물에서 2분 내지 30분간 침지하여 수분으로 팽윤된 탄성 하이드로젤을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 자연유래 물질인 전분 중합체를 탄성중합체에 첨가하여 탄성 하이드로젤의 생분해성을 개선할 수 있다.
또한, 전분계중합체는 낮은 치수안정성(dimensional stability)으로 인해 기계 가공에 적합하지 않으나, 탄성중합체가 기계적 물성을 제공하는 부재로 작용하여 치수안정성이 보장될 수 있으며, 탄성중합체와 전분계중합체의 배합 비율을 조절하여 기계적 물성 및 수분함유능을 조절할 수 있다.
또한, 본질적으로 친수성(hydrophilic)을 갖는 전분계중합체가 소수성(hydrophobic)성을 갖는 실리콘 탄성중합체의 액체 젖음성(wettability)을 강화할 수 있고, 전분계중합체의 겔화(gelation)특성을 활용해 탄성중합체에 수분함유능을 부여함에 따라 피부/점막 접촉 제품에 응용할 경우 강화된 젖음성과 수분함유능에 의해 마찰을 저감하고, 촉촉함 등 감성 품질을 개선시킬 수 있으며, 접촉 후 소수성 탄성중합체가 탄성 하이드로젤이 함유한 수분의 증발을 지연시켜 사용 시간이 증가하는 장점이 있다
또한, 화학적으로 처리되어 호화 특성이 개량된 변성전분중합체을 활용하면 낮은 온도에서도 배합 재료의 호화를 쉽게 유도할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 탄성 하이드로젤의 제조 방법은 단순하고 친환경적인 장점이 있다.
바이오엘라스토머의 착색 방법
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오엘라스토머의 착색 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 엘라스토머 조성물을 성형 및 경화한다(S32).
상기 엘라스토머 조성물은 전분, 실리콘 엘라스토머 성분, 가교제, 경화지연제 및 가황제를 포함한다. 필요에 따라, 상기 엘라스토머 조성물은 촉매, 가소제, 이형제, 충진제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 엘라스토모 조성물은 기설명된 것과 동일할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 상기 경화된 엘라스토머를 가열하여 색상을 부여한다(S34). 상기 엘라스토머가 적정 온도로 가열되면 상기 엘라스토머 내부의 전분이 캐러멜화됨에 따라 색상이 나타난다. 상기 엘라스토머의 색상은 열처리 온도와 열처리 시간에 따라 달라질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 엘라스토머의 열처리 온도는 170℃ 내지 250℃일 수 있다. 상기 열처리 온도가 과도하게 낮을 경우, 발색이 약하거나 다양한 색상을 표현하기 어렵다. 또한, 상기 과도하게 높을 경우, 엘라스토머의 물성이 저하되거나 색상을 콘트롤하기 어렵다. 바람직하게, 상기 엘라스토머의 열처리 온도는 210℃ 내지 230℃일 수 있다.
상기 열처리 시간은 목적하는 색상에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 30분 내지 150분간 진행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 열처리는 대기 중에서 진행될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 별도 안료 첨가 없이, 전분 배합 바이오폴리머를 열처리하여 전분의 캐러멜화(caramelization)를 유도함에 따라 재료에 색상을 부여할 수 있으므로, 비용의 절감이 가능하며, 친환경적인 제품을 제조할 수 있다.
상기 색상 구현은, 별도의 분위기 가스 제어 없이 공기 중에서 열처리하는 것이므로 간단하게 수행이 가능하며, 전분 함량을 조절하거나 열처리 온도와 열처리 시간을 조절함으로써, 다양한 색상이 구현 가능하다. 따라서, 의료 기기 등에 사용될 경우, 다양한 스킨 톤을 구현 가능하다.
또한, 제품의 형상 등에 따라 제품 내 약간의 색상 편차가 발생할 수 있으나, 이를 이용하여 생체 재료를 제조할 경우, 제품이 실제 피부와 유사한 자연스러운 색상을 가짐에 따라 심미감을 개선할 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예 및 실험 결과를 통해 본 발명의 효과를 살펴보기로 한다.
실시예 1탄성 하이드로젤의 제조
하기의 표 1에 따라 엘라스토머 조성물을 준비하고, 이를 성형 및 경화(Compression molding, 압축하중 1200kPa, 140℃, 3분)한 후, 10분간 열탕 침지(물, 90℃)하여 전분의 겔화(gelation)를 유도하였다. 다음으로, 70℃의 물에 10분간 침지하여 수분을 함유한 탄성 하이드로젤이 형성된 것을 확인하였다.
표 1
실험 경도 평가
엘라스토머 조성물의 전분 함량을 0부터 10 중량부로 변경하여 경도(쇼어A)를 측정하여 아래의 표 2에 나타내었다. 전분 함량을 제외한 나머지 성분은 표 1과 동일하게 실험하였다.
표 2
또한, 전분 함량이 10 중량부인 샘플에서, 팽윤된 탄성 하이드로젤의 무게와 건조된 탄성 하이드로젤의 무게를 측정하여 팽윤율을 얻고 이를 아래의 표 3에 나타내었다.
표 3
표 2를 참조하면, 전분 함량이 증가함에 따라 경도가 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 전분 함량을 조절하여 목적하는 경도의 제품을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한, 표 3을 참조하면, 목적하는 적정 팽윤율을 갖는 제품이 얻어짐을 확인하였다.
실시예 2 바이오폴리머의 착색
상기의 표 1에 따라 엘라스토머 조성물을 준비하고, 이를 성형 및 경화(Compression molding, 압축하중 1200kPa, 140℃, 3분)한 후, 220℃에서 열처리한 후 공기중에서 냉각하였다.
도 4는 실시예 2에 따라 얻어진 샘플(착용형 의료기기-비강확장기)들의 디지털 사진이다. 도 4에서, 샘플들은 위에서부터 열처리 시간 순서(0분, 60분, 80분, 90분, 100분)로 나열되었다.
도 4를 참조하면, 동일한 온도에서 열처리하더라도 열처리 시간에 따라 다른 색상을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 탄성 하이드로젤 및 착색된 바이오 폴리머는 비강확장기 등과 같은 의료용 기구, 의료용 기기, 유아용 완구, 신체 부착 제품 등 다양한 제품에 이용될 수 있다.
Claims (14)
- 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 50 중량부를 포함하고, 쇼어 A 경도가 5 내지 65이고, 팽윤율(팽윤된 재료 무게-건조된 재료 무게/건조된 재료 무게)이 0.2 내지 1.0 인 탄성 하이드로젤.
- 제1 항에 있어서, 상기 전분의 함량은 상기 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 15 중량부이고, 쇼어 A 경도가 30 내지 50이고, 팽윤율이 0.3 내지 0.5 인 것을 특징으로 하는 탄성 하이드로젤.
- 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 50 중량부, 가교제 0.1 내지 5 중량부, 경화 지연제 0.1 내지 2 중량부 및 가황제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 엘라스토머 조성물을 성형 및 경화하는 단계; 및
상기 경화된 엘라스토머를 열탕 침지하여 상기 전분을 겔화하는 단계를 포함하는 탄성 하이드로젤의 제조 방법. - 제3항에 있어서, 상기 가교제는, 디메틸하이드로젠실록산 또는 메틸하이드로젠실록산과 메틸실세스퀴옥산을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 하이드로젤의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 경화 지연제는 2-메틸-3-부틴-2-올, 2-페닐-3-부틴-2-올, 3,5-디메틸-1-헥신-3-올, 1-에티닐사이클로헥산올, 1,5-헥사디인, 1,6-헵타디인, 3,5-디메틸-1-헥센-1-인, 3-에틸-3-부텐-1-인, 3-페닐-3-부텐-1-인, 1,3-디비닐테트라메틸디실록산, 1,3,5,7-테트라비닐테트라메틸사이클로테트라실록산 및 1,3-디비닐-1,3-디페닐디메틸디실록산으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 하이드로젤의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 가황제는, 말단이 히드록시기로 블록킹된(terminated) 디메틸실록산, 말단이 히드록시기로 블록킹된 메틸비닐실록산, 옥타메틸 시클로테트라실록산, 말단이 디메틸비닐실록시기로 블록킹된 디메틸실록산, 말단이 히드록시기로 블록킹된 폴리디메틸실록산 및 메틸비닐시클로실록산으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 하이드로젤의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 전분은, 천연 전분 및 변성 전분으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 하이드로젤의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 전분은, 물리적 변성 전분(physically modified starch), 효소처리 전분, 산처리 전분, 염기처리 전분, 표백 전분, 인산 일전분(monostarch phosphate), 전분 아세테이트, 히드록시프로필 전분 및 히드록시프로필 인산 이전분으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 변성 전분을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 하이드로젤의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 탄성 하이드로젤의 쇼어 A 경도가 5 내지 65이고, 팽윤율(팽윤된 재료 무게-건조된 재료 무게/건조된 재료 무게)이 0.2 내지 1.0 인 것을 특징으로 하는 탄성 하이드로젤의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 전분의 함량은 상기 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부이고, 상기 탄성 하이드로젤의 쇼어 A 경도가 30 내지 50이고, 팽윤율이 0.3 내지 0.5인 것을 특징으로 하는 탄성 하이드로젤의 제조 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 탄성 하이드로젤을 건조하는 단계; 및
상기 건조된 탄성 하이드로젤을 60℃ 이상의 물에서 2분 내지 30분간 침지하여 수분으로 팽윤하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 하이드로젤의 제조 방법. - 실리콘 엘라스토머 성분 100 중량부에 대하여 전분 5 내지 50 중량부, 가교제 0.1 내지 5 중량부, 경화 지연제 0.1 내지 2 중량부 및 가황제 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 엘라스토머 조성물을 성형 및 경화하는 단계; 및
상기 경화된 엘라스토머를 가열하여, 상기 전분의 캐러멜화에 의한 색상을 발현하는 단계를 포함하는 바이오폴리머의 착색 방법. - 제12항에 있어서, 상기 전분의 캐러멜화를 위한 가열 온도는 170℃ 내지 250℃인 것을 특징으로 하는 바이오폴리머의 착색 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 전분의 캐러멜화를 위한 가열 시간은 30분 내지 150분인 것을 특징으로 하는 바이오폴리머의 착색 방법.
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