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KR101350016B1 - Antifouling composites and paints and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR101350016B1
KR101350016B1 KR1020120054341A KR20120054341A KR101350016B1 KR 101350016 B1 KR101350016 B1 KR 101350016B1 KR 1020120054341 A KR1020120054341 A KR 1020120054341A KR 20120054341 A KR20120054341 A KR 20120054341A KR 101350016 B1 KR101350016 B1 KR 101350016B1
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KR
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antifouling
enzyme
enzymes
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matrix
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KR1020120054341A
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Inventor
김중배
이병수
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 방오효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 포함하는 방오용 조성물 및 이를 포함하는 방오용 도료 조성물은 지나치게 낮은 방오효소의 활성으로 산업적용의 제한을 받았던 기존의 방오효소-기질 복합체에 비하여 향상된 방오 성능을 얻을 수 있어 산업 적용 가능성을 높일 뿐만 아니라, 단가가 저렴한 지지체를 이용하여 경제성 문제도 해결할 수 있다.The antifouling composition comprising the fiber matrix complex of the antifouling enzyme-three-dimensional network structure of the present invention and the antifouling coating composition comprising the same are applied to the existing antifouling enzyme-substrate complex which was limited in industrial application due to the activity of the antifouling enzyme being too low. Compared with this, it is possible to obtain improved antifouling performance, thereby increasing the industrial applicability, and solving economic problems by using an inexpensive support.

Description

방오용 도료조성물 및 그 제조방법{Antifouling composites and paints and manufacturing method thereof}Antifouling paint composition and its manufacturing method {Antifouling composites and paints and manufacturing method

본 발명은 방오용 도료조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 방오효소를 포함하는 방오 조성물에 비하여 훨씬 많은 양의 방오효소를 3차원 네트워크 구조의 파이버에 고정시키고 방오효소의 활성을 장기간 안정적으로 유지할 수 있는 방오효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 포함하는 방오용 조성물 및 이를 포함하는 방오용 도료 조성물을 제공하는 것이다.The present invention relates to a paint composition for antifouling, and more particularly, a much larger amount of antifouling enzyme is immobilized on a fiber of a three-dimensional network structure, and the antifouling enzyme activity is stable for a long time, as compared with a conventional antifouling composition including an antifouling enzyme. It is to provide an antifouling composition comprising a fiber matrix complex having a sustainable antifouling enzyme-three-dimensional network structure, and an antifouling coating composition comprising the same.

방오도료 조성물은 해수 침적 도막의 표면 오염을 유발하는 해양 생물의 부착과 성장을 방지하거나 제어하는 것을 그 목적으로 한다. 선체 바닥(선저부), 수중 구조물 등은 장기간 수중에 노출되는 경우 조개, 굴, 홍합 및 삿갓조개와 같은 갑각류, 파래(해초류)와 같은 식물류 및 수중 박테리아와 같은 각종 수서 생물이 표면에 부착, 증식하여 외관이 불량해지거나 그 기능을 상실하게 된다. 특히 선저부에 이러한 수서 생물이 부착하여 증식하면 선박 외판 전체의 표면 조도가 증가하여 선속이 저하되고 그로 인해 연료 소비 및 운전 비용이 증가할 수 있다. 수서 생물을 선저부로부터 제거하기 위해서는 많은 노력과 오랜 작업 시간이 필요하다. 또한 수중 구조물에 부착하여 번식하는 박테리아 위에 점액(진흙 물질)이나 슬라임(slime) 등이 부착하여 박테리아를 부패시키는 경우나, 점착성을 갖는 대형 생물이 수중 구조물(예: 철강 구조물)에 부착, 번식하여 수중 구조물의 부식 방지 도막을 손상시키는 경우, 수중 구조물의 강도나 기능을 저하시켜 수명을 현저히 단축시키는 문제점이 있다.
The antifouling paint composition is intended to prevent or control the attachment and growth of marine organisms causing surface contamination of the seawater-deposited coating film. The hull bottom (aquatic bottom) and aquatic structures are attached to the surface of various aquatic organisms such as shellfish, oysters, mussels, shellfish such as mussels and shellfish, vegetation such as seaweeds, and aquatic bacteria. As a result, the appearance becomes poor or the function is lost. In particular, when these aquatic organisms attach to and propagate on the bottom, the surface roughness of the entire ship's outer shell is increased, resulting in a decrease in ship speed, thereby increasing fuel consumption and operating costs. Removing aquatic creatures from the bottom requires a lot of effort and long working hours. In addition, when mucus (mud matter) or slime is attached to bacteria that attach to and propagate to underwater structures, bacteria are spoiled, or large organisms that are tacky adhere to and propagate in underwater structures (for example, steel structures). In the case of damaging the anti-corrosion coating of the underwater structure, there is a problem in reducing the strength or function of the underwater structure to significantly shorten the life.

이러한 문제를 방지하기 위하여, 선저부에는 방오성이 뛰어난 방오도료로서 트리부틸주석메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트 등의 공중합체 및 아산화구리(Cu2O)를 포함하는 방오도료 조성물을 도장하는 것이 일반적이다.In order to prevent such a problem, it is general practice to coat an antifouling coating composition containing copper (tributyltin methacrylate, methyl methacrylate, etc.) and copper oxide (Cu 2 O) as an antifouling paint excellent in antifouling property on the bottom part to be.

이 방오도료 조성물을 구성하는 공중합체는 해수 중에서 가수분해되어, 비스트리부틸주석옥사이드(Bu3Sn-OSnBu3(Bu는 부틸기)) 또는 트리부틸주석할로겐화물(Bu3SnX(X는 할로겐 원자))과 같은 유기 주석 화합물을 방출하여 방오효과를 나타낸다. 또한 상기 공중합체는 가수분해성 자기연마형(self-polishing) 도료이기 때문에, 가수분해된 공중합체 자체도 수용성으로 바뀌어 해수 중에 용해됨으로써, 선저부 도막 표면에는 수지 잔류물이 남지 않고 지속적으로 활성을 갖는 표면을 유지한다.The copolymer constituting the antifouling paint composition is hydrolyzed in seawater and is converted into bistributyltin oxide (Bu 3 Sn-OSnBu 3 (Bu is butyl group)) or tributyltin halide (Bu 3 SnX (X is halogen atom )), Thereby exhibiting an antifouling effect. Since the copolymer is a hydrolyzable self-polishing paint, the hydrolyzed copolymer itself is also converted into water-soluble and dissolved in seawater, so that the resin remains on the surface of the bottom coating film and remains active Keep the surface.

그러나 전술한 유기 주석 화합물은 그 독성이 매우 강하고 해양 오염, 기형 어류 또는 기형 조개의 발생, 먹이사슬을 통한 수중 생태계의 파괴 등을 일으킬 가능성이 높다. 이러한 문제점으로 인하여 종래의 유기 주석계 방오도료를 대체할 수 있는 비주석계(tin free) 방오도료의 개발이 요구되었다. However, the abovementioned organic tin compounds are very toxic and highly likely to cause marine pollution, malformed fish or malformed clams, and destruction of aquatic ecosystems through the food chain. Due to these problems, it has been required to develop a tin-free antifouling paint which can replace the conventional organotin-based antifouling paints.

최근, 주석을 대체하기 위하여 zinc, copper, sylil, silicone, 이산화동 등 다양한 물질과 마모성이 좋은 재료 등이 사용되고 있다. 기존의 도료는 산기 함유 고분자에 금속아세테이트와 같이 메탈 에스테르 화합물을 혼합하여 부분적으로 겔화된 바인더를 이용하는 것이다. 이러한 바인더는 필름 형성 능력 및 저장성 등이 나빠 크랙이 발생하거나 연마성이 떨어지고 고점도화로 적용이 어려운 면이 있었다. 또한 종래의 아크릴 고분자에 아크릴산 아연과 같이 메탈 에스테르 화합물을 혼합하여 부가중합한 타입은 마모도 조절이 양호하지 않아 장기 마모성에서 불안하다는 문제점이 있었다.Recently, in order to replace tin, various materials such as zinc, copper, sylil, silicone, copper dioxide, and materials having good wear properties have been used. Conventional paints use a binder partially gelled by mixing a metal ester compound such as metal acetate with an acid group-containing polymer. Such a binder has poor film-forming ability and storage stability to cause cracking, poor abrasiveness, and difficulty in application as a high viscosity. In addition, conventional acrylic polymers such as zinc acrylate mixed with a metal ester compound have a problem in that they are not well controlled in abrasion and are insecure in long-term abrasion.

또한 결정적으로 이들 물질들 역시 중금속 등을 포함하고 있어 생태계에 악영향을 미치는 것으로 보고되었고 이러한 환경 문제로 인해 그 사용의 제한을 확대하고 있는 추세이다.
In addition, these substances are also reported to adversely affect the ecosystem because they contain heavy metals, etc. and these environmental problems are increasing the limit of their use.

이에, 한국특허출원 제2001-7010883호에서는 에폭시 또는 유리섬유에 방오효소 또는 이를 생산하는 미생물을 포함하는 선박 방오용 조성물을 개시하였다. 또한 한국특허출원 2002-7012611호에서는 로진과 방오효소를 포함하는 방오용 조성물을 개시하고 있으며 로진은 방오효소의 고정화 효과를 가지며 방오효소가 외부로 배출하는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 그러나 이들 종래기술들은 모두 지지체에 고정되는 방오효소의 양이 극히 적어 방오효과가 낮을 뿐 아니라 시간이 경과하면 방오효소가 외부로 쉽게 유출되어 방오효과가 급격히 떨어지는 문제가 있었다.
Thus, Korean Patent Application No. 2001-7010883 discloses a composition for ship antifouling including an antifouling enzyme or microorganisms producing the same in epoxy or glass fiber. In addition, Korean Patent Application No. 2002-7012611 discloses an antifouling composition comprising rosin and antifouling enzyme, and rosin has a function of immobilizing antifouling enzyme and prevents antifouling enzymes from being released to the outside. However, all of these prior arts have a problem that the amount of antifouling enzymes fixed to the support is extremely low, and thus the antifouling effect is low as well as the antifouling enzyme is easily leaked to the outside as time passes, and the antifouling effect rapidly drops.

본 발명은 상술한 문제를 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 종래의 방오효소를 포함하는 방오용 조성물에 비하여 현저하게 많은 양의 방오효소를 포함하며 시간이 경과하여도 방오효소가 외부로 거의 유출되지 않고 활성이 유지되는 방오용 조성물 및 이를 포함하는 방오용 도료 조성물을 제공하는 것이다.The present invention has been made to overcome the above-mentioned problems, the problem to be solved of the present invention, compared to the antifouling composition comprising a conventional antifouling enzyme contains a significantly larger amount of antifouling enzymes and antifouling enzymes over time The present invention provides an antifouling composition and an antifouling coating composition comprising the same, in which activity is maintained without being almost leaked to the outside.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스의 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 방오효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 방오효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체;를 포함하는 방오용 도료조성물을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention, the cross-linked antifouling enzyme aggregate and the surface of the three-dimensional network fibers carried in the pores of the porous matrix including the three-dimensional network fibers and the diameter larger than the inlet size of the pores It provides an antifouling paint composition comprising; fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure comprising a shell comprising surrounding cross-linked antifouling enzymes.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 3차원 네트워크 섬유는 마이크로 섬유 또는 나노섬유일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the three-dimensional network fibers may be microfibers or nanofibers.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 3차원 네트워크 섬유는 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the three-dimensional network fiber is made of polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, nylon, polyester, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, cellulose, chitosan, polylactic acid, Polylactic-co-glycolic acid, polyglycolic acid polycaprolactone, collagen, polypyrrole, polyaniline and poly (styrene-co-maleic anhydride).

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 쉘은 멀티레이어일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the shell may be a multilayer.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 방오효소는 아실라제, 락토나제, 프로테아제, 퍼옥시데아제, 아미노펩티다아제, 포스파타아제, 트렌스아미나아제, 세린-엔도펩티다아제, 시스테인-엔도펩티다아제 및 메탈로엔도펩티다아제로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the antifouling enzyme is acylase, lactonase, protease, peroxidase, aminopeptidase, phosphatase, transaminase, serine-endopeptidase, cysteine-endopeptidase and It may be any one or more selected from the group consisting of metalloendopeptidase.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 방오용 도료조성물은 상기 복합체를 0.001 ~ 50중량% 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the antifouling paint composition may comprise 0.001 to 50% by weight of the composite.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, (1) 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스에 방오효소를 첨가시키는 단계; (2) 상기 매트릭스의 공극내부에 첨가된 방오효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; (3) 상기 방오효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 방오효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계; 및 (4) 도료에 상기 복합체를 첨가하는 단계를 포함하는 방오용 도료조성물의 제조방법을 제공한다.According to another preferred embodiment of the present invention, (1) adding an antifouling enzyme to the porous matrix comprising three-dimensional network fibers; (2) adding a precipitation agent to the matrix to prevent leakage of antifouling enzymes added into the pores of the matrix; (3) preparing an antifouling enzyme-fiber matrix complex by adding a crosslinking agent to form an enzyme aggregate to form crosslinking between the antifouling enzymes; And (4) provides a method for producing an antifouling paint composition comprising the step of adding the complex to the paint.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 석출화제는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합한 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the precipitation agent is methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butyl alcohol, acetone, polyethylene glycol, ammonium sulfate, sodium chloride, sodium sulfate, sodium phosphate, potassium chloride , Potassium sulfate, potassium phosphate and aqueous solutions thereof may be used alone or in combination.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 가교결합제는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the crosslinking agent is selected from the group consisting of a diisocyanate, a dianhydride, a diepoxide, a dialdehyde, a diimide, 1-ethyl-3-dimethylaminopropylcarbodiimide, a glutardialdehyde , Bis (imido ester), bis (succinimidyl ester), and diacid chloride.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 상기 석출화제 및 가교결합제를 제거하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, it may further comprise the step of removing the precipitation agent and crosslinking agent between the step (3) and (4).

본 발명에 사용된 용어를 설명한다.The terms used in the present invention will be described.

용어 방오효소(antifouling enzyme)라 함은 방오 조성물에 포함되어 생물학적 방오 작용을 통해 물질의 표면에 오염물질이 부착 및 성장하는 것을 방지하는 효소를 의미한다. 예를 들어, 생물학적 오염물질의 표면 부착 및 성장은 독특한 신호전달 체계(quorum sensing system)에 의해 진행되며 신호전달 물질(quorum sensing materials)은 N-acyl homoserine lactone (AHL) 계열의 화합물인데 방오효소는 이 화합물을 가수분해 하여 신호전달을 불능화(quorum quenching) 시키는 작용을 한다. 한편, 한국특허출원 제2001-7010883호 및 한국특허출원 2002-7012611호에 개시된 방오효소는 본 발명에 포함될 수 있다.The term antifouling enzyme refers to an enzyme contained in an antifouling composition that prevents contaminants from adhering to and growing on the surface of a substance through biological antifouling action. For example, surface attachment and growth of biological contaminants is driven by a unique quorum sensing system, while quorum sensing materials are compounds of the N-acyl homoserine lactone (AHL) family, This compound acts to hydrolyze and quorum quenching the signal. Meanwhile, the antifouling enzyme disclosed in Korean Patent Application No. 2001-7010883 and Korean Patent Application No. 2002-7012611 can be included in the present invention.

용어 '섬유와 효소간의 공유결합이 실질적으로 형성되지 않은'이라 함은 섬유의 표면에 자연적으로 형성된 효소와 공유결합이 가능한 작용기(예: 섬유의 중합 및 방사과정에서 반응하지 않고 섬유표면에 남아있는 아미노기 등)와 효소간의 공유결합이 형성되는 것을 제외하고는 섬유표면의 개질 등을 통해 섬유 표면에 작용기를 형성하지 않으며, 섬유 표면의 자연적으로 형성된 작용기와의 공유결합을 제외하고는 섬유와 효소간의 공유결합이 형성되지 않은 것을 의미한다.
The term 'substantially free of covalent bonds between fibers and enzymes' refers to functional groups capable of covalently bonding with enzymes naturally formed on the surface of the fibers (e.g., they remain on the surface of the fibers without reacting during the polymerization and spinning of the fibers). Except for the formation of covalent bonds between amino groups, etc.) and enzymes, it does not form functional groups on the surface of the fiber through modification of the fiber surface, etc. It means that no covalent bond is formed.

본 발명의 방오용 도료 조성물은 지나치게 낮은 방오효소의 활성으로 산업적용의 제한을 받았던 기존의 방오효소-기질 복합체에 비하여 향상된 방오 성능을 얻을 수 있어 산업 적용 가능성을 높일 뿐만 아니라, 단가가 저렴한 지지체를 이용하여 경제성 문제도 해결할 수 있다.The antifouling coating composition of the present invention can obtain improved antifouling performance as compared with the conventional antifouling enzyme-substrate complex which was restricted by industrial application due to the activity of the antifouling enzyme too low, thereby increasing the industrial applicability, and supporting the support having low cost. Economic problems can also be solved.

또한, 페인트 물질로 널리 사용되고 있는 각종 폴리머 물질과 혼합하여 도료 물질로 개발 후 사용하게 되면, 방오 물질이 사용되는 각종 산업분야(해운 항만 산업, 유체 운송 산업, 수질 처리 산업 등)에 효과적인 적용이 가능하여 환경오염으로 문제가 되어 사용이 제한되고 있는 기존의 화학적 방오물질을 대체하는 물질로 사용이 가능할 것이다.
In addition, if it is mixed with various polymer materials widely used as paint materials and developed and used as paint materials, it can be effectively applied to various industrial fields (sea port industry, fluid transportation industry, water treatment industry, etc.) where antifouling materials are used. Therefore, it will be possible to use as a material to replace the existing chemical antifouling substances that are limited use due to environmental pollution.

도 1은 폴리아닐린나노섬유의 제조하는 공정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 섬유 매트릭스에 방오효소를 고정화시키는 공정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 제조예 1을 통해 제조한 폴리아닐린 나노섬유(polyaniline nanofibers, PANFs)를 촬영한 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 방오효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체의 사시도 및 단면도이다.
도 5는 UV/Vis-분광광도계를 이용한 방오효소가 흡착된 고분자 나노섬유 복합체(EA-AC/PANF), 방오효소가 흡착 후 가교결합된 고분자 나노섬유 복합체(EAC-AC/PANF), 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF) 복합체의 초기 활성(initial rate)을 측정한 값을 나타낸 것이다.
도 6은 방오효소-고분자 나노섬유의 초기활성 측정을 통해 확인된 안정성 결과 그래프이다.
도 7은 방오용 도료 조성물의 방오 효과를 확인하기 위해 아무 처리도 되지 않은 종이테이프 샘플(A), 라텍스 도료만을 도포한 종이테이프 샘플(B), 그리고 방오효소-고분자나노섬유 복합체와 라텍스 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물을 도포한 종이테이프 샘플(C)을 준비한 사진이다.
도 8은 오염이 진행되는 조건에서, 아무 처리도 되지 않은 종이테이프 샘플(A), 라텍스 도료만을 도포한 종이테이프 샘플(B), 그리고 방오효소-고분자나노섬유 복합체와 라텍스 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물을 도포한 종이테이프 샘플(C)의 표면을 광학 현미경으로 관찰한 결과 이미지이다.
1 is a schematic diagram showing a process for producing polyaniline nanofibers.
2 is a schematic diagram showing a step of immobilizing antifouling enzymes on a fiber matrix.
FIG. 3 is a SEM photograph of polyaniline nanofibers (PANFs) prepared in Preparation Example 1. FIG.
Figure 4 is a perspective view and a cross-sectional view of the polyaniline nanofiber matrix composite of the antifouling enzyme three-dimensional network structure according to the present invention.
5 is a polymer nanofiber complex (EA-AC / PANF) adsorbed by antifouling enzymes using UV / Vis-spectrophotometer (EA-AC / PANF), a polymer nanofiber composite (EAC-AC / PANF) cross-linked after adsorption of antifouling enzymes After the adsorption and precipitation, the initial activity of the crosslinked polymer nanofibers (EAPC-AC / PANF) composite is measured.
Figure 6 is a graph of the stability results confirmed by measuring the initial activity of antifouling enzyme-polymer nanofibers.
Figure 7 is a paper tape sample (A) untreated, paper tape sample (B) coated only latex paint, and antifouling enzyme-polymer nanofiber composite and latex paint mixture to confirm the antifouling effect of the antifouling coating composition It is the photograph which prepared the paper tape sample (C) which apply | coated the antifouling coating composition using this.
FIG. 8 is an antifouling using a paper tape sample (A) which is not treated at all, a paper tape sample (B) coated only with a latex paint, and an antifouling enzyme-polymer nanofiber composite and a latex paint mixture under the condition of contamination. It is an image when the surface of the paper tape sample (C) which apply | coated the coating composition was observed with the optical microscope.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

상술한 바와 같이 기존의 방오효소를 포함하는 방오조성물들은 방오 효과를 나타내긴 하였지만 지나치게 낮은 활성으로 인해 실제 산업에 적용하였을 때 방오 성능이 현저하게 낮을 뿐 아니라 오랜 시간이 경과하는 경우 방오효과가 급격하게 떨어지는 문제가 있었다.
As described above, the antifouling compositions containing antifouling enzymes exhibited antifouling effects, but due to their excessively low activity, antifouling performance was notably low when applied to actual industrial applications. There was a problem falling.

이에 본 발명에서는 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스의 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 방오효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 방오효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 방오효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체;를 포함하는 방오용 도료조성물을 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 본 발명의 방오용 도료 조성물은 지나치게 낮은 방오효소의 활성으로 산업적용의 제한을 받았던 기존의 방오효소-기질 복합체에 비하여 향상된 방오 성능을 얻을 수 있어 산업 적용 가능성을 높일 뿐만 아니라, 제조단가가 저렴한 지지체를 이용하여 경제성 문제도 해결할 수 있다.
Therefore, in the present invention, the crosslinked antifouling enzyme aggregate and the crosslinked antifouling enzymes surrounding the surface of the 3D network fiber are supported in the pores of the porous matrix including the 3D network fibers and the diameter is larger than the inlet size of the pores. An antifouling coating composition comprising an antifouling enzyme-containing three-dimensional network structure including a shell containing the shell; Through this, the antifouling coating composition of the present invention can obtain improved antifouling performance as compared with the conventional antifouling enzyme-substrate complex which was restricted by industrial application due to the activity of the antifouling enzyme so low, as well as increasing the industrial applicability, manufacturing cost Inexpensive supports also solve economic problems.

먼저 본 발명의 도료 조성물에 포함되는 방오효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체를 설명한다. 먼저, 본 발명의 복합체는 (1) 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스에 방오효소를 첨가시키는 단계; (2) 상기 매트릭스의 공극내부에 첨가된 방오효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; 및 (3) 상기 방오효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 방오효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계를 통해 제조될 수 있다.First, the fiber matrix complex of the antifouling enzyme three-dimensional network structure included in the coating composition of the present invention will be described. First, the complex of the present invention comprises the steps of: (1) adding an antifouling enzyme to a porous matrix comprising three-dimensional network fibers; (2) adding a precipitation agent to the matrix to prevent leakage of antifouling enzymes added into the pores of the matrix; And (3) forming an enzyme aggregate by adding a crosslinking agent to form crosslinks between the antifouling enzymes, thereby preparing an antifouling enzyme-fiber matrix complex.

먼저 (1) 단계로서 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스에 방오효소를 흡착 및/또는 공유결합시킨다. 3차원 네트워크 섬유의 표면이 방오효소와 공유결합할 수 있는 작용기를 포함하고 있다면(이를 위해 개질되어 있다면) 방오효소와 섬유간에 공유결합이 발생하고 이를 포함하지 않는다면 흡착된다. First, as step (1), the antifouling enzyme is adsorbed and / or covalently bonded to the porous matrix including the three-dimensional network fibers. If the surface of the three-dimensional network fiber contains a functional group capable of covalently binding to the antifouling enzyme, it is adsorbed if a covalent bond occurs between the antifouling enzyme and the fiber.

본 발명에 사용되는 파이버는 방사 시 3차원 네트워크가 형성되어 섬유와 섬유사이에 공극이 형성할 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있으며 섬유의 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 비용 및 효율을 고려하여 폴리아닐린 섬유를 사용하는 것이 유리하나 이에 제한되지 않는다. Fibers used in the present invention can be used without limitation as long as the three-dimensional network is formed during the spinning can form voids between the fibers and fibers, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, nylon, polyester, Polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, cellulose, chitosan, polylactic acid, polylactic-co-glycolic acid, polyglycolic acid polycaprolactone, collagen, polypyrrole, polyaniline and poly (styrene-co-maleic anhydride) It may be any one or more selected from the group consisting of, more preferably in consideration of cost and efficiency it is advantageous to use polyaniline fibers, but is not limited thereto.

섬유를 제조하기 위한 방사의 종류 역시 섬유와 섬유간에 3차원 네트워크 구조를 갖는 것이면 통상의 중합 및/또는 방사공정을 활용할 수 있고, 전기방사, 용융방사 등을 모두 사용할 수 있다. 섬유의 직경 역시 나노섬유, 마이크로 섬유에 모두 적용될 수 있으나, 후술하는 효소집합체의 크기와 섬유와 섬유사이에 형성되는 공극의 크기를 고려할 때 나노섬유를 사용하는 것이 보다 유리할 수 있다. 하지만, 탄소나노튜브의 경우 이를 섬유로 제조한다 하더라도 3차원 네트워크를 형성할 수 없으므로 본 발명의 범위에 속하지 않는다.The kind of spinning for producing the fiber can also utilize a conventional polymerization and / or spinning process if it has a three-dimensional network structure between the fiber and the fiber, and both electrospinning and melt spinning can be used. The diameter of the fibers can also be applied to both nanofibers and microfibers, but it may be more advantageous to use nanofibers in view of the size of the enzyme aggregates described below and the size of pores formed between the fibers. However, carbon nanotubes do not fall within the scope of the present invention because they cannot form a three-dimensional network even if they are made of fibers.

본 발명의 일구현예에 따른 다공성 매트릭스는 3차원 네트워크 섬유를 일부 또는 전부를 포함하여 구성될 수 있으며, 이 때 다공성은 3차원 네트워크를 형성하는 섬유와 섬유간의 공간(공극)을 의미한다.The porous matrix according to one embodiment of the present invention may include a part or all of the three-dimensional network fibers, and the porosity refers to a space (gap) between the fibers and the fibers forming the three-dimensional network.

본 발명의 섬유는 3차원상의 네트워크를 형성하며 이를 통해 파이버 매트릭스 구조를 가질 수 있게 되며, 상기 매트릭스 구조는 섬유가 복잡하게 얽힌 무정형의 구조일 수 있다. The fibers of the present invention form a network of three-dimensional networks through which a fiber matrix structure can be made, and the matrix structure can be an amorphous structure in which the fibers are intricately intertwined.

본 발명에 포함되는 방오효소는 통상적으로 방오용 도료조성물에 사용될 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 아실라제, 락토나제, 프로테아제, 퍼옥시데아제, 아미노펩티다아제, 포스파타아제, 트렌스아미나아제, 세린-엔도펩티다아제, 시스테인-엔도펩티다아제 및 메탈로엔도펩티다아제를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.The antifouling enzyme included in the present invention can be used without limitation as long as it can be used in a paint composition for antifouling, preferably, acylase, lactonase, protease, peroxidase, aminopeptidase, phosphatase, transamina An azede, serine-endopeptidase, cysteine-endopeptidase and metalloendopeptidase can be used alone or in combination.

한편, 본 발명의 파이버 매트릭스는 그 표면에 상기 방오효소와 공유결합될 수 있는 어떠한 작용기(예 : 아미노기, 카르복시기)를 실질적으로 포함하거나 포함하고 있지 않은 섬유에도 적용될 수 있으므로, 파이버의 표면과 방오효소간에 공유결합으로 결합되거나 섬유의 표면 또는 섬유와 섬유간에 형성되는 공극(공간) 사이에 흡착하게 될 수 있다. 따라서, 단순히 방오효소가 매트릭스의 표면에 흡착된 상태에서 수세 등의 외부충격이 가해지는 경우 흡착된 방오효소 중 대부분이 매트릭스에서 떨어져나가게 되므로 결과적으로 효소의 고정률이 현저하게 감소하게 되는 것이다.
On the other hand, the fiber matrix of the present invention can be applied to a fiber that substantially includes or does not contain any functional groups (eg, amino groups, carboxyl groups) that can be covalently bonded to the antifouling enzymes on the surface thereof. It may be covalently bonded to one another or adsorbed between the surface of the fiber or the void (space) formed between the fiber and the fiber. Therefore, if the antifouling enzyme is simply adsorbed on the surface of the matrix and the external impact such as water washing is applied, most of the adsorbed antifouling enzymes are separated from the matrix, and as a result, the fixation rate of the enzyme is significantly reduced.

다음 (2) 단계로서 상기 매트릭스의 공극내부에 흡착 및/또는 공유결합된 효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가(enzyme precipiatation)한다. 흡착된 효소는 그 크기가 매우 작으므로 육안으로 거의 관찰되지 않는다. 이에 상기 흡착된 효소를 석출시키기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 경우 흡착된 효소들이 서로 뭉치게 되어 그 크기가 커지게 되어 결국 섬유의 표면 또는 섬유와 섬유간에 형성되는 공극(공간) 사이에서 석출하게 된다. 이를 통해 직경이 섬유간 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 방오효소 집적체를 형성할 수 있는 것이며, 만일 석출화제를 첨가하지 않는 경우 집적체의 크기가 공극입구의 크기보다 작게되어 이후 집적체가 쉽게 섬유간 공극 사이를 이탈하게 된다.In step (2), the matrix is subjected to enzyme precipitation in order to prevent the outflow of adsorbed and / or covalently bound enzymes in the pores of the matrix. The adsorbed enzyme is so small that it is hardly visible to the naked eye. When the precipitating agent is added to the matrix to precipitate the adsorbed enzyme, the adsorbed enzymes are aggregated with each other and become large in size. Eventually, the adsorbed enzyme is precipitated between pores (spaces) . This allows the formation of crosslinked antifouling enzyme aggregates having a diameter larger than the inlet size of the inter-fiber pores, and if the precipitation agent is not added, the aggregate size becomes smaller than the pore inlet size, which facilitates the subsequent integration. It breaks out between the interfiber voids.

이 때 사용될 수 있는 석출화제는 효소의 활성에 거의 영향을 미치지 않으면서 효소를 석출시킬 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있지만 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합한 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
The precipitating agent that can be used at this time can be used without limitation as long as it can precipitate the enzyme with little effect on the activity of the enzyme. Preferably, the precipitating agent is selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, But are not limited to, acetone, polyethylene glycol, ammonium sulfate, sodium chloride, sodium sulfate, sodium phosphate, potassium chloride, potassium sulfate, potassium phosphate and aqueous solutions thereof.

다음, (3) 단계로서 상기 방오효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성한다. 구체적으로 섬유와 섬유사이에 형성된 공극(공간)의 크기에 비하여 석출된 방오효소의 크기가 상대적으로 작으므로 수세 등의 외부충격에 의하여 석출된 방오효소가 공극의 외부로 유출될 수 있다. 그러나, 가교결합제를 첨가하여 석출된 방오효소와 방오효소간에 가교결합을 형성하는 경우 가교결합된 방오효소들이 집합체를 형성하게 되고 상기 형성된 방오효소 집합체는 공극 내부를 거의 채우게 된다. 그 결과 공극의 입구보다 형성된 방오효소 집합체의 크기가 더 커지게 되므로 가교결합된 효소집합체는 수세 등의 외부충격에 의해서도 쉽게 공극의 외부로 유출되지 않게 된다. 그 결과 시간이 경과하여도 상기 공극 내부에 방오효소 집합체가 위치하게 되므로 섬유와 방오효소간의 공유결합과 같은 직접적인 결합관계가 형성되지 않는다 하더라도 방오효소 집합체가 섬유 매트릭스 내부에 장기간 구비될 수 있는 것이다. 또한 방오효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스간에 형성된 복합체는 종래의 복합체에 비하여 고정된 효소의 양이 월등하게 많기 때문에 이를 바이오 센서 또는 바이오 연료전지 등에 활용하는 경우에도 그 성능이 종래의 복합체를 사용하는 경우에 비하여 현저하게 개선될 수 있는 것이다. Next, in step (3), a crosslinking agent is added to form crosslinks between the antifouling enzymes to form an enzyme aggregate. Specifically, since the size of the antifouling enzyme precipitated is relatively small compared to the size of the pores (space) formed between the fiber and the fiber, the antifouling enzyme precipitated by external impact such as water washing may flow out of the pore. However, when crosslinking is formed between the precipitated antifouling enzyme and the antifouling enzyme by adding a crosslinking agent, the crosslinked antifouling enzymes form an aggregate, and the antifouling enzyme aggregate thus formed almost fills the inside of the pores. As a result, the size of the antifouling enzyme aggregate formed is larger than that of the inlet of the pores, so that the cross-linked enzyme aggregate does not easily flow out of the pores even by an external impact such as washing with water. As a result, since the antifouling enzyme assembly is located in the pores over time, even if a direct binding relationship such as covalent bond between the fiber and the antifouling enzyme is not formed, the antifouling enzyme assembly may be provided in the fiber matrix for a long time. In addition, since the complex formed between the antifouling enzyme-3D network fiber matrix has a much higher amount of fixed enzyme than the conventional complex, the performance of the conventional complex is improved even when it is used in a biosensor or a biofuel cell. It can be significantly improved compared to.

한편, 석출화제를 처리한 후 가교결합제를 첨가하는 것이, 가교결합제만 첨가하는 경우에 비하여 그 효과가 현저하게 증진된다. 이는 방오효소의 흡착 후 가교결합제를 첨가하는 경우 섬유와 섬유간에 형성된 공극의 내부를 상당부분 채우지 못하게 되거나 가사 이를 채웠다 하더라도 방오효소들의 농도는 주위 농도와 같아지게 된다. 주위와 같은 농도의 방오효소가 가교결합을 하여 나노섬유안의 공극에서 공극의 입구보다 더 큰 덩어리를 이루지 못하여 수세과정에서 가교결합된 방오효소가 외부로 유출되는 경우가 발생할 확률이 높다. 공유결합 역시 공유결합된 방오효소들을 제외한 나머지 방오효소들은 큰 덩어리를 이루지 못하고 이후 수세될 확률이 높다.On the other hand, the effect of adding the crosslinking agent after the treatment with the precipitating agent is remarkably enhanced as compared with the case where only the crosslinking agent is added. When the cross-linking agent is added after adsorption of the antifouling enzyme, the concentration of the antifouling enzymes becomes equal to the surrounding concentration even if the inside of the pores formed between the fibers and the fibers is not filled or the filling of the housework. As antifouling enzymes at the same concentration crosslink, they do not form a larger mass than pores in the pores in the nanofibers, and the crosslinked antifouling enzymes are likely to leak out during washing. Covalent bonds, except for covalently bound antifouling enzymes, do not form a large mass and are more likely to be washed later.

하지만 본 발명의 경우 방오효소의 흡착 후 석출을 통해 효소들이 강제적으로 나노섬유 안의 공극을 더욱 조밀하게 메우게 되며 공국에 채워진 효소들은 가교결합을 통해 큰 덩어리를 이루기 때문에 병목현상 혹은 ship in a bottle 현상으로 수세과정에서 손실이 EAC 보다 덜하게 되는 것으로 예상된다.However, in the present invention, enzymes are forced to more closely fill pores in nanofibers through precipitation after adsorption of antifouling enzymes, and the enzymes filled in the cooperatives form a large mass through crosslinking. As a result, losses in the washing process are expected to be less than EAC.

나아가, 섬유의 표면에 방오효소와 공유결합할 수 있는 작용기가 거의 없는 폴리아닐린나노섬유 등의 경우 섬유의 표면에 방오효소가 고정화되기 매우 어렵다. 하지만, 본 발명에서는 섬유의 표면에서 석출된 방오효소들이 가교결합되어 섬유의 표면을 감싸는 쉘을 형성하게 되므로 마치 핫도그와 같이 섬유와 방오효소간에 공유결합이 실질적으로 형성되지 않는 경우에도 섬유의 표면에 많은 양의 방오효소가 쉘을 형성하여 고정화될 수 있다. Furthermore, in the case of polyaniline nanofibers having few functional groups capable of covalently binding to antifouling enzymes on the surface of the fiber, antifouling enzymes are very hard to be immobilized on the surface of the fiber. However, in the present invention, since the antifouling enzymes deposited on the surface of the fiber are crosslinked to form a shell surrounding the surface of the fiber, even if a covalent bond is not substantially formed between the fiber and the antifouling enzyme like a hot dog, Large amounts of antifouling enzymes can form and form a shell to be immobilized.

본 발명에 사용될 수 있는 가교결합제는 방오효소의 활성을 저해하지 않고서 효소간에 가교결합을 형성할 수 있는 것이면 종류의 제한없이 사용될 수 있지만 바람직하게는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하여 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 글루타르 디알데하이드를 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니며 당업계에 공지된 가교결합제를 제한없이 사용하는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
The crosslinking agent that can be used in the present invention can be used without limitation as long as it can form crosslinking between enzymes without inhibiting the activity of antifouling enzymes, but is preferably diisocyanate, dianhydride, diepoxide, dialdehyde At least one selected from the group consisting of diimide, 1-ethyl-3-dimethyl aminopropylcarbodiimide, glutar dialdehyde, bis (imido ester), bis (succinimidyl ester) and diacid chloride Compounds may be used, and more preferably, glutar dialdehyde may be used, but is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art to use without limitation crosslinking agents known in the art.

한편, 상기 (3) 단계 이후 바람직하게는 상기 방오효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체를 수세하여 첨가된 가교결합제 및 석출화제를 제거하는 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 수세단계를 거치면서 통상의 제조방법으로 제조된 매트릭스 복합체의 경우 공극사이에 고정된 방오효소가 상당부분 공극 밖으로 유출되지만, 본 발명에 의해 제조된 방오효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체는 공극 내부에 형성된 방오효소 집합체의 크기가 공극의 입구보다 크게 되므로 상기 방오효소 집합체는 수세공정에도 불구하고 외부로 유출되지 않고 공극의 내부에 고정될 수 있게 되는 것이다.
On the other hand, after the step (3), preferably the step of removing the added cross-linking agent and precipitation agent by washing the antifouling enzyme three-dimensional network fiber matrix complex may be further performed. In the case of the matrix complex prepared by the conventional manufacturing method during the washing step, the antifouling enzyme immobilized between the pores is substantially leaked out of the pores, but the antifouling enzyme-3D network fiber matrix complex prepared according to the present invention is inside the pores. Since the size of the antifouling enzyme aggregate formed in the pores is larger than the inlet of the pores, the antifouling enzyme aggregates can be fixed inside the pores without being leaked to the outside despite the washing process.

이를 통해 제조된 본 발명의 방오효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체는 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 다공성 매트릭스의 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 방오효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 방오효소들을 포함하는 쉘을 포함한다. The fiber matrix composite of the antifouling enzyme-three-dimensional network structure of the present invention prepared through this is supported in the pores of the porous matrix including the three-dimensional network fibers, and the crosslinked antifouling enzyme aggregate having a diameter larger than the inlet size of the pores; And a shell comprising crosslinked antifouling enzymes surrounding the surface of the three-dimensional network fiber.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 방오효소-3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스 복합체의 사시도 및 단면도이다. 이를 살펴보면 3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스의 공극 내부에 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 효소집적체가 담지되어 있다. 또한, 3차원 네트워크 섬유의 표면을 방오효소 집적체를 포함하는 쉘이 감싸고 있다. 도 4의 우하단의 EPCs 는 3차원 네트워크 섬유의 표면을 효소 집적체를 포함하는 쉘이 감싸는 부분에 대한 단면도로서 섬유와 쉘을 형성하는 효소집적체 사이에는 공유결합이 실질적으로 형성되지 않으면서 마치 핫도그처럼 효소집적체를 포함하는 쉘이 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싸고 있다.Figure 4 is a perspective view and a cross-sectional view of the polyaniline nanofiber matrix composite of the antifouling enzyme three-dimensional network structure according to an embodiment of the present invention. In this case, a crosslinked enzyme aggregate having a diameter larger than the inlet size of the pores is carried inside the pores of the fiber matrix of the three-dimensional network structure. In addition, a shell containing an antifouling enzyme aggregate surrounds the surface of the three-dimensional network fiber. 4 is a cross-sectional view of the shell of the shell including the enzyme aggregate covering the surface of the three-dimensional network fiber as if the covalent bond is not substantially formed between the fiber and the enzyme aggregate forming the shell. Shells containing enzyme aggregates, such as hot dogs, surround the surface of three-dimensional network fibers.

결국, 본 발명의 방오효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체는 섬유와 섬유간에 형성된 공극에서 외부로 유출되지 않을 정도로 상기 공극의 내부에 형성된 방오효소 복합체의 크기가 충분히 크게 되므로 종래의 방오효소 복합체에 비하여 현저하게 많은 양의 방오효소가 매트릭스에 고정되어 복합체를 형성할 수 있게 된다. 다시 말해 섬유와 섬유간에 형성된 공극에서 외부로 유출되는 통로인 공극의 입구의 크기보다 공극 내부에 형성된 방오효소 복합체의 크기가 더 크게 되어 결국 수세 등의 외부 자극이 있는 경우에도 방오효소 복합체가 상기 공극의 내부에 구비될 수 있게 되며, 이는 방오효소와 매트릭스간에 직접적인 결합관계가 형성되지 않고서도 상기 복합체가 장기간 유지될 수 있게 되는 것이다.As a result, the antifouling enzyme-three-dimensional network fiber matrix complex of the present invention has a sufficiently large size of the antifouling enzyme complex formed inside the pore so as not to flow out from the pores formed between the fiber and the fiber, compared to the conventional antifouling enzyme complex. Remarkably large amounts of antifouling enzymes can be immobilized on the matrix to form complexes. In other words, the size of the antifouling enzyme complex formed inside the pore is larger than the size of the inlet of the pore, which is a passage that flows out from the pores formed between the fibers and the outside, so that the antifouling enzyme complex may be formed even when there is an external stimulus such as water washing. It can be provided in the interior of the complex, which allows the complex to be maintained for a long time without forming a direct binding relationship between the antifouling enzyme and the matrix.

나아가, 섬유의 표면에 방오효소와 공유결합할 수 있는 작용기가 거의 없는 폴리아닐린나노섬유 등의 경우 섬유의 표면에 방오효소가 고정화되기 매우 어렵다. 하지만, 본 발명에서는 섬유의 표면에서 석출된 방오효소들이 가교결합되어 섬유의 표면을 감싸는 쉘을 형성하게 되므로 마치 핫도그와 같이 섬유와 방오효소간에 공유결합이 실질적으로 형성되지 않는 경우에도 섬유의 표면에 많은 양의 방오효소가 쉘을 형성하여 고정화될 수 있으며, 이러한 쉘은 멀티레이어를 형성할 수 있다.
Furthermore, in the case of polyaniline nanofibers having few functional groups capable of covalently binding to antifouling enzymes on the surface of the fiber, antifouling enzymes are very hard to be immobilized on the surface of the fiber. However, in the present invention, since the antifouling enzymes deposited on the surface of the fiber are crosslinked to form a shell surrounding the surface of the fiber, even if a covalent bond is not substantially formed between the fiber and the antifouling enzyme like a hot dog, Large amounts of antifouling enzymes can form and immobilize shells, which can form multilayers.

다음, 상술한 방오효소-3차원 네트워크 파이버 매트릭스 복합체가 포함되는 도료 조성물을 설명한다. 본 발명에 사용될 수 있는 도료는 통상적으로 사용될 수 있는 종류이면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어 케슈계, 유성에나멜계 천연섬유, 나이트로셀룰로스, 알키드 수지, 비닐수지, 폴리에스터 수지, 에폭시 수지 등의 합성수지 도료, 에멀젼계(예를 들어 아세트산 비닐기), 수용성 베이킹 수지계 도료, 플라스티졸 도료, 분말도료 및 라텍스 계열 도료 등이 제한없이 사용될 수 있다. 본 발명의 복합체는 도료 조성물 100중량%에 대하여 0.001 ~ 50중량% 포함될 수 있다. 또한 본 발명의 방오효소-3차원 네트워크 섬유 매트릭스 복합체를 제외하고 나머지 도료 조성물의 성분들은 통상의 방오용 조성물 및 방오용 도료 조성물에 사용되는 물질들을 사용할 수 있는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
Next, the coating composition including the antifouling enzyme-three-dimensional network fiber matrix complex described above will be described. The paint that can be used in the present invention can be used without limitation so long as it is a kind that can be used conventionally. For example, synthetic resin paints such as keshu-based, oil-based enameled natural fibers, nitrocellulose, alkyd resins, vinyl resins, polyester resins, epoxy resins, emulsion-based (eg vinyl acetate groups), water-soluble baking resin-based paints, plastics Stysol paint, powder paint and latex paint can be used without limitation. The composite of the present invention may be included in 0.001 to 50% by weight relative to 100% by weight of the coating composition. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the components of the coating composition, other than the antifouling enzyme-three-dimensional network fiber matrix complex of the present invention, may use materials used in conventional antifouling compositions and antifouling coating compositions.

일반적으로 아무 처리되지 않은 자연상태의 방오효소를 도료물질과 혼합하여 사용하게 되면 효소 활성 손실이 급격하게 진행되어 방오 성능이 현저하게 낮을 뿐 아니라 안정성이 떨어져서 단기간에 방오 성능을 잃게 된다. 하지만 방오효소를 3차원 섬유 매트릭스 복합체에 고정화함으로써 많은 양의 방오효소가 높은 방오 활성을 나타내고, 도료물질과 혼합하더라도 장기간 높은 방오 활성을 나타내는 것을 응용 실험을 통해 확인할 수 있었다. 게다가 합성된 방오효소 조성물은 수용액 상에서 고르게 분산되어 건조되는 과정에서 도료 조성물의 바닥에 가라앉지 않고 얇게 도포된 도료 조성물과 외부 접촉 부위에 고르게 분산되어 방오 효과를 나타내었다. 그 결과 외부에 드러난 방오효소는 고정화 과정을 거침으로써 쉽게 활성이 감소하지 않고 오랜 기간 높은 활성을 나타내어 방오용 도료 조성물의 효과를 오랫동안 지속할 수 있게 된다.
In general, when untreated natural antifouling enzymes are mixed with a coating material, the loss of enzymatic activity rapidly progresses, and the antifouling performance is notably low, and the stability is low, and thus the antifouling performance is lost in a short time. However, by immobilizing antifouling enzymes in the three-dimensional fiber matrix complex, it was confirmed through application experiments that a large amount of antifouling enzymes showed high antifouling activity and high antifouling activity even if mixed with paint material. In addition, the synthesized antifouling enzyme composition was evenly dispersed in an aqueous solution and did not sink to the bottom of the coating composition, but was evenly dispersed in a thinly coated coating composition and an external contact site, thereby exhibiting an antifouling effect. As a result, the antifouling enzyme exposed to the outside does not easily decrease its activity through immobilization, and shows a high activity for a long time, so that the effect of the antifouling coating composition can be maintained for a long time.

본 발명의 도료조성물은 도료의 도포가 가능한 모든 사물의 표면에 적용이 가능할 것이다. 예를 들어 해운 항만 사업에는 선저부, 갑판, 프로펠러 등에 도포함으로써 방오 기능을 보여줄 수 있고, 유체를 운송하는 사업에서는 각종 재질의 관 내부 및 연결 부위의 도포를 통해 유체의 흐름 방해로 인한 운전비용 증가를 방지할 수 있다. 또한 수처리 산업(수질관리, 해수담수화 등)에서는 저수조, 반응조 등 각종 반응기 내부 표면 및 폭기를 위한 에어레이터, 혼합을 위한 임펠러(impellar)등에 도포함으로써 수질관리 효율을 증가시킬 수 있으며, 더 나아가 안정성이 검증된 도료물질을 이용하면 인체 내부에 삽입하여 사용되는 인공 장기 및 인체에 삽관되어 사용되는 의료기기 등에도 사용이 가능하여 장기간 성능의 저하 없이 기능을 발휘할 수 있다.
The paint composition of the present invention will be applicable to the surface of any object that can be applied paint. For example, in the sea port business, it can show antifouling function by applying to bottom, deck, propeller, etc.In the business of transporting fluids, the operation cost is increased due to the impediment of fluid flow through the application of pipes and connection parts of various materials. Can be prevented. In addition, in the water treatment industry (water quality management, seawater desalination, etc.), the efficiency of water quality management can be increased by applying to various reactor inner surfaces such as water tanks, reactors, aerators for aeration, and impellers for mixing. Using the proven paint material, it can be used for artificial organs inserted into the human body and medical equipments inserted and inserted into the human body, so that it can function without deterioration of performance for a long time.

<준비예> 3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스의 제조Preparation Example Preparation of Polyaniline Nanofiber Matrix of 3D Network Structure

도 1과 같은 방법으로 3차원 네트워크 구조의 폴리아닐린 나노섬유 매트릭스를 제조하였다.In the same manner as in Figure 1 was prepared a polyaniline nanofiber matrix of a three-dimensional network structure.

구체적으로 방오효소고정화를 위한 전기전도성 나노섬유 폴리아닐린 나노섬유는 산화제인 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate)를 개시제로 하여 산화 중합을 통해 제조하였다. 산화중합은 암모늄 퍼설페이트의 양을 조절하여 폴리아닐린의 과성장을 막아 주는 rapidly mixing reaction 방법을 사용하였다. 암모늄 퍼설페이트를 1 M HCl 용액에 0.1 M이 되도록 녹여 준비하였다. 아닐린 1.5 ml를 1 M HCl 8.5 ml에 넣고 잘 섞어 준다. 준비한 암모늄 퍼설페이트 용액 10 ml을 아닐린과 HCl이 섞인 10 ml 용액에 넣고 잘 섞어주었다. 잘 섞인 용액을 24시간동안 실온에서 200 rpm으로 교반시켜주었다. 이렇게 중합과정이 끝난 후 용액을 원심 분리하여 상등액을 버린 후 증류수를 넣어준 후 잘 교반하여 씻어주는 과정을 여러 번 거친 후 4℃에서 보관하였다. 제조된 폴리 아닐린 나노섬유는 과성장을 막기 위해 암모늄 퍼설페이트의 양을 조절하여 합성되었다. 나노섬유는 서로서로 산호처럼 복잡하게 연결되어 3차원 네트워크 구조를 형성하고 아닐린의 농도에 따라 나노섬유의 바깥가지 부분의 공극뿐만 아니라 안쪽에서 많은 공극을 가지고 있다. 나노섬유의 공극(섬유와 섬유간에 형성된 공간)은 방오효소 고정화에서 큰 역할을 한다. 폴리아닐린 나노섬유의 BET (Brunauer-Emmett-Teller equation) 표면적은 58.4 m2/g이고 평균 공극 지름은 12.26 nm이었다. 전체 공극부피는 0.179cm3 /g(p/p0=0.990)이었다.
Specifically, the electrically conductive nanofibers polyaniline nanofibers for antifouling enzyme fixation were prepared through oxidative polymerization using ammonium persulfate as an initiator. The oxidation polymerization used a rapidly mixing reaction method that controls the amount of ammonium persulfate to prevent the polyaniline overgrowth. Ammonium persulfate was prepared by dissolving 0.1 M in 1 M HCl solution. Add 1.5 ml of aniline to 8.5 ml of 1 M HCl and mix well. 10 ml of the prepared ammonium persulfate solution was added to a 10 ml solution containing aniline and HCl and mixed well. The well mixed solution was stirred at 200 rpm at room temperature for 24 hours. After the polymerization process, the solution was centrifuged, the supernatant was discarded, distilled water was put in, and the mixture was well stirred and washed several times before being stored at 4 ° C. The polyaniline nanofibers prepared were synthesized by controlling the amount of ammonium persulfate to prevent overgrowth. Nanofibers are intricately connected like corals to form a three-dimensional network structure, and depending on the concentration of aniline, the nanofibers have many pores in the inner part as well as pores in the outer part of the nanofibers. The pores of the nanofibers (spaces formed between fibers) play a large role in antifouling enzyme immobilization. The Brunauer-Emmett-Teller equation (BET) surface area of the polyaniline nanofibers was 58.4 m 2 / g and the average pore diameter was 12.26 nm. Total pore volume was 0.179 cm 3 / g (p / p0 = 0.990).

<비교예 1> 방오효소 흡착방법을 이용한 방오효소고정방법(enzyme adsorption, EA)에 따라 방오효소-고분자 나노섬유 복합체 제조<Comparative Example 1> Preparation of antifouling enzyme-polymer nanofiber complex according to antifouling enzyme fixation method (EA) using antifouling enzyme adsorption method

준비예에서 제조된 폴리아닐린 고분자 나노섬유와 방오효소(아실레아제, acylase, AC)를 혼합하여 방오효소가 흡착(enzyme adsorption)된 고분자 나노섬유 복합체를 합성하였다. 구체적으로 상기 제조예에서 제조된 폴리아닐린 고분자 나노섬유 2 mg과 1 ml 의 방오효소를 4 ml의 유리 바이알에서 혼합해 주며, 이때 방오효소는 100 mM의 인산완충액에 10 mg/ml의 농도로 준비하여 사용하였다. 준비된 방오효소-고분자 나노섬유 혼합물은 상온에서 2시간 동안 교반기를 이용하여 150 rpm으로 교반하여 주었다. 이 과정을 통해 방오효소는 고분자 나노섬유의 공극 및 나노섬유의 표면에 흡착을 하게 된다. 미 부착된 방오효소를 제거하고 고분자 나노섬유에 남아있는 미 반응 방오효소 부착 작용기를 capping 해주기 위해, 원심 분리 후 상등액을 제거하고 100 mM Tris 완충액을 이용하여 30분 동안 교반기를 이용하여 200 rpm 으로 교반시켜 주었다. Capping 반응 종료 후, 남은 Tris 완충액을 제거하기 위해 100 mM 인산완충액을 이용하여 씻어 주었다.
The polyaniline polymer nanofibers prepared in the preparation example and antifouling enzymes (acylase, acylase, AC) were mixed to synthesize polymer nanofiber composites having enzymatic adsorption. Specifically, 2 mg of polyaniline polymer nanofibers prepared in the above preparation example and 1 ml of antifouling enzyme were mixed in a glass vial of 4 ml, wherein the antifouling enzyme was prepared at a concentration of 10 mg / ml in 100 mM phosphate buffer solution. Used. The prepared antifouling enzyme-polymer nanofiber mixture was stirred at 150 rpm using a stirrer for 2 hours at room temperature. Through this process, antifouling enzymes adsorb to the pores of polymer nanofibers and the surface of nanofibers. To remove unattached antifouling enzymes and capping the remaining unreacted antifouling enzymes on the polymer nanofibers, remove the supernatant after centrifugation and stir at 200 rpm using a stirrer for 30 minutes using 100 mM Tris buffer. I let you. After the completion of the capping reaction, it was washed with 100 mM phosphate buffer to remove the remaining Tris buffer.

<비교예 2> 방오효소 흡착 후 가교결합 방법을 이용한 방오효소고정방법(Enzyme adsorption and crosslinking, EAC)에 따라 방오효소-고분자 나노섬유 복합체 제조<Comparative Example 2> Preparation of antifouling enzyme-polymer nanofiber complexes according to the antizyme adsorption and crosslinking (EAC) method using crosslinking method after adsorption of antifouling enzyme

준비예의 폴리아닐린 고분자 나노섬유와 방오효소(아실레아제, acylase, AC)를 혼합하여 방오효소가 흡착 후 가교결합(enzyme adsorption and crosslinking)된 고분자 나노섬유 복합체를 합성하였다. 구체적으로 상기 제조예에서 제조된 폴리아닐린 고분자 나노섬유 2 mg과 1 ml 의 방오효소를 4 ml의 유리 바이알에서 혼합해 주며, 이때 방오효소는 100 mM의 인산완충액에 10 mg/ml의 농도로 준비하여 사용하였다. 준비된 방오효소-고분자 나노섬유 혼합물은 상온에서 2시간 동안 교반기를 이용하여 150 rpm으로 교반하여 주었다. 이 과정을 통해 방오효소는 고분자 나노섬유의 공극 및 표면에 흡착을 하게 된다. 이후 흡착된 방오효소간의 공유결합을 통한 가교결합을 유도하기 위해 가교결합제인 글루타알데히드를 전체부피의 0.5 %가 되도록 첨가해 주었다. 충분한 가교결합을 위해 4 ℃ 조건에서 17시간동안 로커를 이용하여 50 rpm으로 교반시켜 주었다. 미 부착된 방오효소를 제거하고 고분자 나노섬유에 남아있는 미 반응 방오효소 부착 작용기를 capping 해주기 위해, 원심 분리 후 상등액을 제거하고 100 mM Tris 완충액을 이용하여 30분 동안 교반기를 이용하여 200 rpm 으로 교반시켜 주었다. Capping 반응 종료 후, 남은 Tris 완충액을 제거하기 위해 100 mM 인산완충액을 이용하여 씻어 주었다.
The polyaniline polymer nanofibers of the preparation example and antifouling enzymes (acylase, acylase, AC) were mixed to synthesize the polymer nanofiber composites in which antifouling enzymes were adsorbed and crosslinked after adsorption. Specifically, 2 mg of polyaniline polymer nanofibers prepared in the above preparation example and 1 ml of antifouling enzyme were mixed in a glass vial of 4 ml, wherein the antifouling enzyme was prepared at a concentration of 10 mg / ml in 100 mM phosphate buffer solution. Used. The prepared antifouling enzyme-polymer nanofiber mixture was stirred at 150 rpm using a stirrer for 2 hours at room temperature. Through this process, antifouling enzymes adsorb to the pores and surfaces of polymer nanofibers. Then, in order to induce crosslinking through covalent bonds between adsorbed antifouling enzymes, glutaaldehyde, a crosslinking agent, was added to 0.5% of the total volume. Stir at 50 rpm using a rocker for 17 hours at 4 ° C for sufficient crosslinking. To remove unattached antifouling enzymes and capping the remaining unreacted antifouling enzymes on the polymer nanofibers, remove the supernatant after centrifugation and stir at 200 rpm using a stirrer for 30 minutes using 100 mM Tris buffer. I let you. After the completion of the capping reaction, it was washed with 100 mM phosphate buffer to remove the remaining Tris buffer.

<실시예 1> 방오효소 흡착 및 석출 후 가교결합 방법을 이용한 방오효소고정방법(Enzyme adsorption, precipitation and crosslinking, EAPC)에 따라 방오효소-고분자 나노섬유 복합체 제조<Example 1> Preparation of antifouling enzyme-polymer nanofiber composite according to antifouling enzyme fixing method (Enzyme adsorption, precipitation and crosslinking, EAPC) using crosslinking method after adsorption and precipitation of antifouling enzyme

준비예의 폴리아닐린 고분자 나노섬유와 방오효소(아실레아제, acylase, AC)를 혼합하여 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합(enzyme adsorption, precipitation and crosslinking)된 고분자 나노섬유 복합체를 합성하였다. 구체적으로 상기 제조예에서 제조된 폴리아닐린 고분자 나노섬유 2 mg과 1 ml 의 방오효소를 4 ml의 유리 바이알에서 혼합해 주며, 이때 방오효소는 100 mM의 인산완충액에 10 mg/ml의 농도로 준비하여 사용하였다. 준비된 방오효소-고분자 나노섬유 혼합물은 상온에서 2시간 동안 교반기를 이용하여 150 rpm으로 교반하여 주었다. 이 과정을 통해 방오효소는 고분자 나노섬유의 공극에 흡착을 하게 된다. 이후 석출화제인 암모늄설페이트용액을 첨가하여 용액내의 암모늄설페이트의 농도 45 %(v/v)가 되도록 하며, 암모늄설페이트 용액의 조성은 60 %(w/v)가 되도록 암모늄설페이트를 증류수에 용해시켜 사용된다. 석출화제가 혼합된 용액은 30분 동안 교반기를 이용하여 상온에서 150 rpm으로 교반시켜 주었다. 이후 흡착 후 석출된 방오효소간의 공유결합을 통한 가교결합을 유도하기 위해 가교결합제인 글루타알데히드를 전체부피의 0.5 %가 되도록 첨가해 주었다. 충분한 가교결합을 위해 4 ℃조건에서 17시간동안 로커를 이용하여 50 rpm으로 교반시켜 주었다. 미 부착된 방오효소를 제거하고 고분자 나노섬유에 남아있는 미 반응 방오효소 부착 작용기를 capping 해주기 위해, 원심 분리 후 상등액을 제거하고 100 mM Tris 완충액을 이용하여 30분 동안 교반기를 이용하여 200 rpm 으로 교반시켜 주었다. Capping 반응 종료 후, 남은 Tris 완충액을 제거하기 위해 100 mM 인산완충액을 이용하여 씻어 주었다. 이러한 과정을 통해 제조된 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유 복합체 (EAPC-AC/PANF)는 사용시까지 4 ℃에 보관하면 활성의 감소 없이 사용시까지 보관이 가능하다.
The polyaniline polymer nanofibers of the Preparation Example were mixed with antifouling enzymes (acylase, acylase, AC) to synthesize polymer nanofiber composites in which antifouling enzymes were adsorbed, precipitated, and crosslinked. Specifically, 2 mg of polyaniline polymer nanofibers prepared in the above preparation example and 1 ml of antifouling enzyme were mixed in a glass vial of 4 ml, wherein the antifouling enzyme was prepared at a concentration of 10 mg / ml in 100 mM phosphate buffer solution. Used. The prepared antifouling enzyme-polymer nanofiber mixture was stirred at 150 rpm using a stirrer for 2 hours at room temperature. Through this process, antifouling enzymes adsorb to the pores of the polymer nanofibers. Then, ammonium sulfate solution, which is a precipitation agent, is added so that the concentration of ammonium sulfate in the solution is 45% (v / v), and the ammonium sulfate solution is dissolved in distilled water so that the composition of the ammonium sulfate solution is 60% (w / v). do. The solution mixed with the precipitation agent was stirred at 150 rpm at room temperature using a stirrer for 30 minutes. Then, in order to induce crosslinking through covalent bonds between the antifouling enzymes deposited after adsorption, a crosslinking agent, glutaaldehyde, was added to 0.5% of the total volume. For sufficient crosslinking, the mixture was stirred at 50 rpm using a rocker for 17 hours at 4 ° C. To remove unattached antifouling enzymes and capping the remaining unreacted antifouling enzymes on the polymer nanofibers, remove the supernatant after centrifugation and stir at 200 rpm using a stirrer for 30 minutes using 100 mM Tris buffer. I let you. After the completion of the capping reaction, it was washed with 100 mM phosphate buffer to remove the remaining Tris buffer. The antifouling enzyme prepared through this process is adsorbed and precipitated, and then the cross-linked polymer nanofiber composite (EAPC-AC / PANF) can be stored until use without storage loss if stored at 4 ° C. until use.

<실시예 2> 방오효소-고분자나노섬유 복합체의 방오효소 활성 및 안정성 측정.Example 2 Antifouling enzyme activity and stability measurement of antifouling enzyme-polymer nanofiber complex.

상기 실시예 1 및 비교예 1, 2를 통해 제조된 방오효소가 흡착된 고분자 나노섬유 복합체(EA-AC/PANF), 방오효소가 흡착 후 가교결합된 고분자 나노섬유 복합체(EAC-AC/PANF), 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF) 복합체의 방오효소 활성을 UV/Vis-분광광도계 (ultraviolet/visible spectrophotometer, Shimadzu UV-2450)를 이용하여 측정하였다. Antifouling enzyme-adsorbed polymer nanofiber composite (EA-AC / PANF) prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, cross-linked polymer nanofiber composite (EAC-AC / PANF) after antifouling enzyme was adsorbed The antifouling enzyme activity of the crosslinked polymer nanofiber (EAPC-AC / PANF) complex after the adsorption and precipitation of the antifouling enzyme was measured using a UV / Vis-visspectrophotometer (Shimadzu UV-2450).

구체적으로 4에서 보관중이던 방오효소-고분자 나노섬유 복합체를 100 mM 인산완충액을 이용하여 고분자 나노섬유 무게 기준 0.05 mg/ml로 희석시켜 준비하였다. 그리고 반응 용액으로 10 mM의 N-아세틸-L-메티오닌(N-acetyl-L-methionine)을 준비하며 이때의 용액 조성은 1.9125 mg의 N-아세틸-L-메티오닌을 100 mM 인산완충액에 용해시켜 사용한다. 이렇게 만들어진 두 가지 용액을 이용하여 방오효소의 활성을 측정하였다. 방오효소의 활성을 측정하기 위해 250 ul의 방오효소-고분자 나노섬유 복합체와 750 ul의 10 mM의 N-아세틸-L-메티오닌용액을 혼합하여 UV/Vis-분광광도계를 이용하여 238 nm에서의 흡광도를 측정하였다.Specifically, the antifouling enzyme-polymer nanofiber complex stored in 4 was prepared by diluting to 0.05 mg / ml based on the polymer nanofiber weight using 100 mM phosphate buffer. In addition, 10 mM N-acetyl-L-methionine is prepared as a reaction solution, and the solution composition is used by dissolving 1.9125 mg of N-acetyl-L-methionine in 100 mM phosphate buffer. do. The activity of the antifouling enzyme was measured using the two solutions thus prepared. Absorbance at 238 nm using a UV / Vis-spectrophotometer, mixed with 250 ul antifouling enzyme-polymer nanofiber complex and 750 ul 10 mM N-acetyl-L-methionine solution to measure antifouling enzyme activity Was measured.

도 5는 UV/Vis-분광광도계를 이용한 방오효소가 흡착된 고분자 나노섬유 복합체(EA-AC/PANF, 비교예 1), 방오효소가 흡착 후 가교결합된 고분자 나노섬유 복합체(EAC-AC/PANF, 비교예 2), 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF, 실시예 1) 복합체의 초기 활성(initial rate)을 측정한 값으로서, 도 6은 이를 그래프로 나타낸 것이다. EA, EAC 그리고 EAPC의 활성은 각각 51.56, 51.87 그리고 185.19 mM/min이다. EAPC의 활성이 EA나 EAC보다 2.7 배 가량 크게 확인이 되었다. 이는 석출법을 이용하여 석출된 방오효소로 인해 더 많은 양의 방오효소가 고정화 되고 가교결합제를 이용하여 더 높은 활성을 보이는 것이다.5 is a polymer nanofiber composite (EA-AC / PANF, Comparative Example 1) adsorbed antifouling enzyme using a UV / Vis-spectrophotometer, cross-linked polymer nanofiber composite (EAC-AC / PANF after adsorptive enzyme adsorption) , Comparative Example 2), the antifouling enzyme was measured by the adsorption, precipitation of the cross-linked polymer nanofibers (EAPC-AC / PANF, Example 1) measured the initial activity (initial rate) of the complex, Figure 6 is a graph It is shown. The activities of EA, EAC and EAPC are 51.56, 51.87 and 185.19 mM / min, respectively. EAPC activity was found to be 2.7 times greater than EA or EAC. This is due to the antifouling enzymes precipitated using the precipitation method, the larger amount of antifouling enzymes are immobilized and the higher activity is obtained by using a crosslinking agent.

도 5은 도 6의 실험 결과를 표로 나타낸 것으로서, EA-AC/PANF, EAC-AC/PANF, EAPC-AC/PANF 샘플의 활성을 측정한 결과가 도 5의 표에 정리된 것이고, 도 6의 좌측은 이를 그래프로 나타낸 것이고, 우측 그래프는 활성 확인 첫날의 활성값을 100으로 했을 때 활성의 상대값을 나타낸 것이다.5 is a table showing the experimental results of FIG. 6, wherein the results of measuring the activity of EA-AC / PANF, EAC-AC / PANF, and EAPC-AC / PANF samples are summarized in the table of FIG. 5, and of FIG. 6. The graph on the left shows this, and the graph on the right shows the relative value of the activity when the value of activity on the first day of confirmation of activity is 100.

도 6을 통해 확인할 수 있듯이 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF) 복합체는 다른 물질에 비해 활성이 높을 뿐만 아니라 안정성도 뛰어난 것으로 확인이 되었다. 방오효소-고분자 나노섬유 복합체를 실온조건 100mM 인산완충액에서 교반기를 이용하여 200rpm으로 지속적으로 교반시켜 주면서 활성을 측정한 결과, EA, EAC의 활성반감기는 각각 3일, 4일 미만인 것으로 확인 되었지만 EAPC는 150일이 지난 현재까지 활성이 90% 이상 유지되어 안정화된 활성을 보여주고 있다.As can be seen from FIG. 6, the antifouling enzyme was adsorbed and precipitated, and the crosslinked polymer nanofibers (EAPC-AC / PANF) complex was confirmed to have high stability as well as higher activity than other materials. The antifouling enzyme-polymer nanofiber complex was measured at 200 rpm using a stirrer in a 100 mM phosphate buffer at room temperature, and the activity was measured. The activity half-life of EA and EAC was less than 3 days and 4 days, respectively, but EAPC The activity has been stabilized by more than 90% of activity up to 150 days.

이러한 결과들은 방오효소가 흡착, 석출 후 가교결합된 고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF) 복합체를 방오 물질로 개선 및 변형하여 사용할 경우 지속적인 방오성능을 보여줄 것으로 예상된다.
These results are expected to show sustained antifouling performance when antifouling enzymes are used after the adsorption and precipitation of crosslinked polymer nanofibers (EAPC-AC / PANF) complexes modified and modified with antifouling materials.

<실시예 4> 방오효소-고분자나노섬유 복합체와 라텍스(latex) 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물의 방오효소 활성 및 안정성 측정.Example 4 Antifouling enzyme activity and stability of antifouling coating composition using antifouling enzyme-polymer nanofiber complex and latex paint mixture.

상기 실시예 1의 방오호소-고분자 나노섬유(EAPC-AC/PANF) 복합체와 라텍스(latex)를 이용한 방오용 도료 조성물을 준비하고 방오 효과를 확인하기 위해 오염이 유도되어 바이오 필름(Biofilm)이 형성되는 조건에서 확인 실험을 진행하여 현미경을 통해 그 효과를 관찰하였다.Preparation of the antifouling coating composition using the antifouling lake-polymer nanofiber (EAPC-AC / PANF) composite of the Example 1 and latex (latex) and the contamination is induced to confirm the antifouling effect to form a biofilm (Biofilm) Confirmation experiment was carried out under the condition that the effect was observed through a microscope.

구체적으로 도료의 도포가 가능한 종이테이프를 준비하여 도료가 잘 발릴 수 있도록 표면을 사포로 거칠게 만들어 주었다. 방오용 도료 조성물의 방오 효과를 확인하기 위해 아무 처리도 되지 않은 종이테이프 샘플(A), 라텍스 도료만을 도포한 종이테이프 샘플(B), 그리고 방오효소-고분자나노섬유 복합체(실시예 1)와 라텍스 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물을 도포한 종이테이프 샘플(C)을 준비하여 실험에 사용하였다(도 7). 방오효소-고분자나노섬유 복합체와 라텍스 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물의 조성은 고분자나노섬유 무게기준 1 mg/ml의 방오효소-고분자나노섬유 복합체 용액 0.5 ml와 아크릴이미드(acrylamide)수지의 라텍스 페인트 2 ml을 혼합하여 준비하였다 Specifically, a paper tape capable of applying paint was prepared to make the surface rough with sandpaper so that the paint could be applied well. In order to confirm the antifouling effect of the antifouling coating composition, a paper tape sample (A) which was not treated, a paper tape sample (B) coated only with a latex paint, and an antifouling enzyme-polymer nanofiber composite (Example 1) and latex A paper tape sample (C) coated with an antifouling coating composition using a paint mixture was prepared and used for the experiment (FIG. 7). The composition of the antifouling coating composition using the antifouling enzyme-polymer nanofiber composite and the latex paint mixture was 0.5 mg of the antifouling enzyme-polymer nanofiber composite solution based on the weight of the polymer nanofiber, and the latex of acrylamide resin. 2 ml of paint was prepared by mixing

상기 서술된 각각의 샘플을 오염이 유도되어 biofouling 현상을 일으키는 biofilm이 잘 형성되는 조건으로, 40 ml의 합성 폐수와 1 ml의 미생물(Pseudomonas Aureginosa)이 혼합된 용액에 보관 후 상온에서 200 rpm으로 교반하는 조건으로 반응시켰다. 이렇게 보관된 샘플의 표면을 광학현미경을 통해 관찰하였고 100 배 확대된 이미지를 도 8을 통해 확인할 수 있다. Each sample described above was stored in a solution containing 40 ml of synthetic wastewater and 1 ml of microbial (Pseudomonas Aureginosa) in a condition in which biofilms causing contamination and biofouling were well formed, followed by stirring at 200 rpm at room temperature. The reaction was carried out under the following conditions. The surface of the sample thus stored was observed through an optical microscope and the image magnified 100 times can be confirmed through FIG. 8.

도 7에 준비된 샘플을 이용하여 실험을 한 결과를 도 8에서 확인할 수 있듯이, 아무 처리도 되지 않은 종이테이프 샘플(A)의 경우, 1일 경과 후 작은 구형의 반점 모양의 응집물질이 관찰되기 시작하였고, 3일 이후에는 연하게 관찰되던 응집 물질이 군데군데 진하게 관찰 되었으며, 5일 이후에는 주위에 모여 있는 응집물질들이 연결되는 모습을 관찰 할 수 있었다. 이러한 현상은 7일 째 더욱 심해지는 것으로 보아 형성된 biofilm이 시간이 지남에 따라 지속적으로 성장을 하는 것으로 확인이 되었다. As shown in FIG. 8, the results of the experiment using the sample prepared in FIG. 7, in the case of the paper tape sample A which was not treated, small spherical spot-shaped aggregates began to be observed after 1 day. After 3 days, lightly observed aggregates were observed in several places, and after 5 days, the aggregates gathered around were connected. This phenomenon appeared to be worse at 7 days, the formed biofilm was confirmed to continue to grow over time.

라텍스 도료만을 도포한 종이테이프 샘플(B)의 경우, 3일째 까지는 실험을 처음 시작할 때과 같은 이미지가 확인 되었으며, 5일 경과 후 작은 구형의 반점 모양의 응집물질이 관찰되기 시작하였고, 7일 이후에는 연하게 관찰되던 응집 물질이 군데군데 진하게 관찰되기 시작하였다. 이러한 결과는 물질의 표면에 라텍스 도료만 도포함으로써 어느 정도 방오 효과를 나타내었으나, 일주일 경과 후 응집물질이 관찰되기 시작하는 것으로 보아 지속적으로 biofouling 현상을 방지할 수는 없다는 결과를 얻을 수 있었다. In the case of the paper tape sample (B) coated only with latex paint, the same image as when the experiment was first started was confirmed until day 3, and after 5 days, small spherical spot-like aggregates began to be observed. Lightly observed aggregates began to be concentrated in several places. These results showed the antifouling effect to some extent by applying only latex paint on the surface of the material, but after one week, it was observed that the aggregates started to be observed, which could not prevent the biofouling phenomenon continuously.

방오효소-고분자나노섬유 복합체와 라텍스 도료 혼합물을 이용한 방오용 도료 조성물을 도포한 종이테이프 샘플(C)의 경우, 처음 관찰된 모습 그대로의 표면을 유지하면서 4주동안 표면이 오염되지 않는 결과를 확인할 수 있었다. 이는 방오용 도료 조성물에 포함되어 있는 방오효소-고분자나노섬유 복합체의 anti-biofouling 효과에 의해 표면에 biofilm이 형성 되는 것을 방지한 결과로, 이를 통해 실제 방오용 도료 조성물이 도포가 가능한 모든 분야에서 훌륭한 방오 작용을 할 수 있음을 확인할 수 있다.
In the case of the paper tape sample (C) coated with the antifouling coating composition using the antifouling enzyme-polymer nanofiber composite and the latex paint mixture, the surface was not contaminated for 4 weeks while maintaining the surface as it was originally observed. Could. This prevents the formation of biofilm on the surface by the anti-biofouling effect of the antifouling enzyme-polymer nanofiber complex included in the antifouling coating composition, which is excellent in all fields where an actual antifouling coating composition can be applied. It can be confirmed that the antifouling action.

본 발명은 우수한 방오효과를 가지므로 방오용 도료조성물 분야에서 유용하게 활용될 수 있다.Since the present invention has excellent antifouling effect, it can be usefully used in the field of antifouling paint composition.

Claims (10)

3차원 네트워크 섬유를 포함하는 매트릭스의 섬유간 공극내부에 담지되며 직경이 공극의 입구 크기보다 큰 가교결합된 방오효소 집적체 및 상기 3차원 네트워크 섬유의 표면을 둘러싼 가교결합된 방오효소들을 포함하는 쉘을 포함하는 효소-3차원 네트워크 구조의 섬유 매트릭스 복합체;를 포함하는 방오용 도료조성물.Shell containing crosslinked antifouling enzymes contained within the interfiber pores of a matrix comprising three-dimensional network fibers and having a diameter larger than the inlet size of the pores and the crosslinked antifouling enzymes surrounding the surface of the three-dimensional network fibers. An antifouling paint composition comprising; fiber matrix complex of the enzyme three-dimensional network structure comprising a. 제1항에 있어서, 상기 3차원 네트워크 섬유는 마이크로 섬유 또는 나노섬유인 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물.The antifouling coating composition according to claim 1, wherein the three-dimensional network fibers are microfibers or nanofibers. 제2항에 있어서,
상기 3차원 네트워크 섬유는 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물.
3. The method of claim 2,
The three-dimensional network fibers are polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, nylon, polyester, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, cellulose, chitosan, polylactic acid, polylactic-co-glycolic acid, polyglycolic acid Polycaprolactone, collagen, polypyrrole, polyaniline and poly (styrene-co-maleic anhydride) at least one selected from the group consisting of antifouling paint composition.
제1항에 있어서,
상기 쉘은 멀티레이어 효소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물.
The method of claim 1,
The shell is an antifouling paint composition, characterized in that it comprises a multilayer enzyme.
제1항에 있어서,
상기 방오효소는 아실라제, 락토나제, 프로테아제, 퍼옥시데아제, 아미노펩티다아제, 포스파타아제, 트렌스아미나아제, 세린-엔도펩티다아제, 시스테인-엔도펩티다아제 및 메탈로엔도펩티다아제로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물.
The method of claim 1,
The antifouling enzyme is any selected from the group consisting of acylase, lactonase, protease, peroxidase, aminopeptidase, phosphatase, transaminase, serine-endopeptidase, cysteine-endopeptidase and metallo-endopeptidase. Antifouling paint composition, characterized in that one or more.
제1항에 있어서,
상기 복합체를 0.001 ~ 50중량% 포함하는 방오용 도료조성물.
The method of claim 1,
Antifouling coating composition comprising 0.001 to 50% by weight of the complex.
(1) 3차원 네트워크 섬유를 포함하는 매트릭스에 방오효소를 첨가시키는 단계;
(2) 상기 매트릭스의 공극내부에 첨가된 방오효소들의 유출을 방지하기 위하여 상기 매트릭스에 석출화제를 첨가하는 단계; 및
(3) 상기 방오효소들간의 가교결합을 형성하기 위하여 가교결합제를 첨가하여 효소집적체를 형성하여 방오효소-섬유 매트릭스 복합체를 제조하는 단계; 및
(4) 도료에 상기 복합체를 첨가하는 단계를 포함하는 방오용 도료조성물의 제조방법.
(1) adding antifouling enzymes to a matrix comprising three-dimensional network fibers;
(2) adding a precipitation agent to the matrix to prevent leakage of antifouling enzymes added into the pores of the matrix; And
(3) preparing an antifouling enzyme-fiber matrix complex by adding a crosslinking agent to form an enzyme aggregate to form crosslinking between the antifouling enzymes; And
(4) A method for producing an antifouling paint composition comprising the step of adding the composite to the paint.
제7항에 있어서,
상기 석출화제는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합한 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The precipitation agent is methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butyl alcohol, acetone, polyethylene glycol, ammonium sulfate, sodium chloride, sodium sulfate, sodium phosphate, potassium chloride, potassium sulfate, potassium phosphate and aqueous solutions thereof alone Or a method for producing a paint composition for antifouling, characterized in that mixed.
제7항에 있어서,
상기 가교결합제는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸 아미노프로필카보디이미드, 글루타르 디알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The crosslinking agent is diisocyanate, dianhydride, diepoxide, dialdehyde, diimide, 1-ethyl-3-dimethyl aminopropylcarbodiimide, glutar dialdehyde, bis (imido ester), bis (succinimi A method for producing an antifouling coating composition, comprising any one or more compounds selected from the group consisting of dill esters) and diacid chlorides.
제7항에 있어서,
상기 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 상기 석출화제 및 가교결합제를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방오용 도료조성물의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
Method of producing a paint composition for antifouling, characterized in that further comprising the step of removing the precipitation agent and crosslinking agent between the step (3) and (4).
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