본 연구에서는 키토산/젤라틴 블랜드 필름의 상용성을 평가하기 위하여 solution casting 방법을 이용하여 필름을 제조하였고, 키토산/젤라틴 블랜드 필름의 분자수준에서 블랜드 조성비율에 따른 유리전이온도의 변화를 측정하였다. 또한 블랜드 필름 제조시 가소제로 사용된 glycerol과 고분자내에 존재하는 수분이 키토산, 젤라틴 및 이들의 블랜드 필름에 미치는 영향을 조사하였다. TGA 분석결과, 젤라틴이 키토산 보다 열적 안정성이 우수하였고, 블랜드 내에서 두 구성고분자의 관능기 사이에 상호작용이 일어나기 때문에 블랜드 된 키토산 필름의 열적 안정성은 수분과 가소제가 첨가되지 않은 순수한 키토산 필름 보다 우수하였다. 또한 수분 및 가소제의 첨가유무에 따라서 고분자 주쇄의 분해개시 온도에는 영향을 미치지 않았다. DMA 분석결과, 키토산/젤라틴 블랜드 필름에서 키토산의 함량이 증가할수록 $T_g$는 변화하였다. 전체적인 tan ${\delta}$ 곡선을 관찰할 때 블랜드 조성비율에 따라 $T_g$는 단일 곡선을 나타내었고, 젤라틴의 함량이 증가함에 따라 $T_g$는 증가하였다. 젤라틴의 히드록시기와 키토산의 히드록시기 또는 아미노기 등의 극성기들 사이의 분자내 및 분자간에 존재하는 강한 상호작용에 의해서 키토산과 젤라틴 고분자들 사이에 우수한 상용성이 나타났다. 또한 키토산, 젤라틴 및 블랜드 필름에서 수분과 가소제는 두 구성고분자의 열적특성에 큰 영향을 미쳤지만, 블랜드의 상용성에는 크게 영향을 미치지 않았다. 따라서 키토산/젤라틴 블랜드 필름을 이용하여 의료부문이나 식품포장 등 다양한 분야에 응용을 할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 키토산/젤라틴 블랜드 필름의 상용성을 평가하기 위하여 solution casting 방법을 이용하여 필름을 제조하였고, 키토산/젤라틴 블랜드 필름의 분자수준에서 블랜드 조성비율에 따른 유리전이온도의 변화를 측정하였다. 또한 블랜드 필름 제조시 가소제로 사용된 glycerol과 고분자내에 존재하는 수분이 키토산, 젤라틴 및 이들의 블랜드 필름에 미치는 영향을 조사하였다. TGA 분석결과, 젤라틴이 키토산 보다 열적 안정성이 우수하였고, 블랜드 내에서 두 구성고분자의 관능기 사이에 상호작용이 일어나기 때문에 블랜드 된 키토산 필름의 열적 안정성은 수분과 가소제가 첨가되지 않은 순수한 키토산 필름 보다 우수하였다. 또한 수분 및 가소제의 첨가유무에 따라서 고분자 주쇄의 분해개시 온도에는 영향을 미치지 않았다. DMA 분석결과, 키토산/젤라틴 블랜드 필름에서 키토산의 함량이 증가할수록 $T_g$는 변화하였다. 전체적인 tan ${\delta}$ 곡선을 관찰할 때 블랜드 조성비율에 따라 $T_g$는 단일 곡선을 나타내었고, 젤라틴의 함량이 증가함에 따라 $T_g$는 증가하였다. 젤라틴의 히드록시기와 키토산의 히드록시기 또는 아미노기 등의 극성기들 사이의 분자내 및 분자간에 존재하는 강한 상호작용에 의해서 키토산과 젤라틴 고분자들 사이에 우수한 상용성이 나타났다. 또한 키토산, 젤라틴 및 블랜드 필름에서 수분과 가소제는 두 구성고분자의 열적특성에 큰 영향을 미쳤지만, 블랜드의 상용성에는 크게 영향을 미치지 않았다. 따라서 키토산/젤라틴 블랜드 필름을 이용하여 의료부문이나 식품포장 등 다양한 분야에 응용을 할 수 있을 것으로 판단된다.
Compatability of films made of chitosan, gelatin, and their blends prepared by aqueous solution casting was investigated using a thermogravimetric analyzer(TGA) and a dynamic mechanical analyzer (DMA). TGA showed gelatin is more thermally stable than chitosan, and thermal stability of chitosan in bl...
Compatability of films made of chitosan, gelatin, and their blends prepared by aqueous solution casting was investigated using a thermogravimetric analyzer(TGA) and a dynamic mechanical analyzer (DMA). TGA showed gelatin is more thermally stable than chitosan, and thermal stability of chitosan in blends was higher than that of pure chitosan due to interaction among functional groups of component polymers in blend. Glass transition temperature $(T_g)$ of blends was dependent on chitosan content of blends. Blend films exhibited good miscibility. Moisture and glycerol contents of blend strongly affected thermal properties of two component polymers.
Compatability of films made of chitosan, gelatin, and their blends prepared by aqueous solution casting was investigated using a thermogravimetric analyzer(TGA) and a dynamic mechanical analyzer (DMA). TGA showed gelatin is more thermally stable than chitosan, and thermal stability of chitosan in blends was higher than that of pure chitosan due to interaction among functional groups of component polymers in blend. Glass transition temperature $(T_g)$ of blends was dependent on chitosan content of blends. Blend films exhibited good miscibility. Moisture and glycerol contents of blend strongly affected thermal properties of two component polymers.
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문제 정의
그러나 키토산은 주 쇄가 갖는 고유한 경직구조(rigid structure) 때문에 유리 전이온도에 해당하는 완화 온도에 대해서 특히 많은 논란이 있어 왔다 (21). 따라서, 본 연구에서는 키토산/젤라틴 블랜드 필름의 상용성을 평가하기 위하여 solution casting 방법으로 필름을 제조하여, 키토산/젤라틴 블랜드 분자 수준에서 블랜드 조성 비율에 따른 T;의 변화를 측정하였다. 또한 단일 및 블랜드 필름 제조 시 가소제로 사용된 glycerol과 고분자 내에 존재하는 수분이 키토산, 젤라틴 및 이들 블랜드 필름의 1;에 미치는 영향을 조사하였다.
본 연구에서는 키토산/젤라틴 블랜드 필름의 상용성을 평가하기 위하여 solution casting 방법을 이용하여 필름을 제조하였하기 위하여 solution casting 방법을 이용하여 필름을 제조하였고, 키토산/젤라틴 블랜드 필름의 분자 수준에서 블랜드 조성 비 율에 따른 유리전이 온도의 변화를 측정하였다. 또한 블랜드 필름 제조 시 가소제로 사용된 glycerol과 고분자 내에 존재하는 수분이 키토산, 젤라틴 및 이들의 블랜드 필름에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
Bigi 등(18)은 젤라틴과 hydroxyapatite 혼합필름의 구조와 기계적인 특성에 대하여 연구하였고, 또한 Bigi 등(19)은 glutaraldehydee. 가 교결합시켜 젤라틴 필름의 기계적인 특성을 향상시키고, 그 필름의 열적 성질을 연구하였다. Sobral 등(20)은 sorbitol의 작용에 따라 bovine hide와 pigskin 젤라틴 가식성 필름에 있어서의 수분투과도, 기계적 및 열적 특성에 관하여 연구하였다.
이 블랜드 필름용액 HOmL를 수평한 teflon glass plate(22X22 cm)에 기포가 생기지 않도록 casting한 후 상온에서 약 72시간 동안 건조시켰다. 건조된 블랜드 필름의 두께는 0.001 mm의 정밀도를 지니는 hand-held micrometer(Teclock Co., J叩an)를 이용하여 측정하였으며, 평균 두께는 약 80μm이었다.
4(1)는 순수한 키토산 필름과 수분 및 가소제가 첨가된 키토산 필름의 역학완화(mechanical relaxation) 스펙트럼을 나타낸 것으로 각각의 tan 5 곡선을 용이하게 비교를 할 수 있도록 곡선들의 겹침(overlay)으로 나타내었다. 또한 tan 8곡선에서 최대 점 및 전이에 대응하는 온도를 완화온도(relaxation temperature, Tg) 및 이차완화온도(secondary relaxation temperature, TJ로 간주하였다. 순수한 키토산 필름(D)의 tan 8곡선에서 3개의 전이는 10.
따라서, 본 연구에서는 키토산/젤라틴 블랜드 필름의 상용성을 평가하기 위하여 solution casting 방법으로 필름을 제조하여, 키토산/젤라틴 블랜드 분자 수준에서 블랜드 조성 비율에 따른 T;의 변화를 측정하였다. 또한 단일 및 블랜드 필름 제조 시 가소제로 사용된 glycerol과 고분자 내에 존재하는 수분이 키토산, 젤라틴 및 이들 블랜드 필름의 1;에 미치는 영향을 조사하였다.
본 연구에서는 키토산/젤라틴 블랜드 필름의 상용성을 평가하기 위하여 solution casting 방법을 이용하여 필름을 제조하였하기 위하여 solution casting 방법을 이용하여 필름을 제조하였고, 키토산/젤라틴 블랜드 필름의 분자 수준에서 블랜드 조성 비 율에 따른 유리전이 온도의 변화를 측정하였다. 또한 블랜드 필름 제조 시 가소제로 사용된 glycerol과 고분자 내에 존재하는 수분이 키토산, 젤라틴 및 이들의 블랜드 필름에 미치는 영향을 조사하였다. TGA 분석 결과, 젤라틴이 키토산보다 열적 안정성이 우수하였고, 블랜드 내에서 두 구성 고분자의 관능기 사이에 상호작용이 일어나기 때문에 블랜드된 키토산 필름의 열적 안정성은 수분과 가소제가 첨가되지 않은 순수한 키토산 필른 보다 우수하였다.
이 키토산 및 젤라틴 용액을 hot plate stirrei에서 80-90℃ 로 가열교반시켜 각각의 3%(w/w) 키토산 용액과 젤라틴 용액을 제조하였다. 블랜드 필름을 제조하기 위해 이미 제조된 각각의 3%(w/w) 키토산 및 젤라틴 용액을 키토산/ 젤라틴의 조성비율(0/100, 20/80, 40/60, 60/40, 80/20, 100/0%)에 따라 필름을 조제하였다. 즉, 조성비율별로 조절된 각각의 혼합용액들은 균질기를 이용하여 6,000 rpm에서 2분간 중합반응 후 hot plate stirrer에서 80-9CFC로 재가열교반시켜 블랜드 필름용액을 제조하였다.
또한 순수한 필름을 제조하기 위해 가소제를 첨가하지 않았다. 이 키토산 및 젤라틴 용액을 hot plate stirrei에서 80-90℃ 로 가열교반시켜 각각의 3%(w/w) 키토산 용액과 젤라틴 용액을 제조하였다. 블랜드 필름을 제조하기 위해 이미 제조된 각각의 3%(w/w) 키토산 및 젤라틴 용액을 키토산/ 젤라틴의 조성비율(0/100, 20/80, 40/60, 60/40, 80/20, 100/0%)에 따라 필름을 조제하였다.
08 mm)의 열동적 분석은 dynamic mechanical analyzer(DMA 2980, TA Instruments, USA)를 이용하여 Park 등(22)과 Yoo 등(23)의 방법으로 측정하였다. 즉, 인장 형태 (tensile mode)의 측정 모드에서 주파수(frequency) 1 Hz와 5 pm 진폭의 점 탄성 변형(amplitude)하에서, 질소를 순환시키면서 온도 -3CTC에서 25CFC까지 TC/min의 가열 속도로 측정하였다.
블랜드 필름을 제조하기 위해 이미 제조된 각각의 3%(w/w) 키토산 및 젤라틴 용액을 키토산/ 젤라틴의 조성비율(0/100, 20/80, 40/60, 60/40, 80/20, 100/0%)에 따라 필름을 조제하였다. 즉, 조성비율별로 조절된 각각의 혼합용액들은 균질기를 이용하여 6,000 rpm에서 2분간 중합반응 후 hot plate stirrer에서 80-9CFC로 재가열교반시켜 블랜드 필름용액을 제조하였다. 이 블랜드 필름용액 HOmL를 수평한 teflon glass plate(22X22 cm)에 기포가 생기지 않도록 casting한 후 상온에서 약 72시간 동안 건조시켰다.
키토산, 젤라틴 및 블랜드 필름의 열 안정성과 열적 거동 분석은 thermogravimetric analyzer(TG/DTA 6200, Seiko Instruments, Japan)를 이용하여 분석하였다. 측정은 질소 순환조건에서 약 10-12 mg의 시료를 30℃에서 600℃까지 2(yC/min의 가 열속도(heating rate)로 즉정하였다.
키토산, 젤라틴 및 블랜드 필름의 열 안정성과 열적 거동 분석은 thermogravimetric analyzer(TG/DTA 6200, Seiko Instruments, Japan)를 이용하여 분석하였다. 측정은 질소 순환조건에서 약 10-12 mg의 시료를 30℃에서 600℃까지 2(yC/min의 가 열속도(heating rate)로 즉정하였다.
대상 데이터
(Korea)로부터 구입하였으며, 젤리강도(jelly strength)가 240-260 bloom인 젤라틴은 UNIGEL Co.(Korea)에서 구입하였다. 키토산 용매인 acetic acid 및 필름의 가소제로 사용한 glycerole Showa Chemical(Japan), 인용액 (PQs)은 Kanto Chemical(Japan)에서 구입하였고, 물은 증류수(distilled water)를 사용하였다.
(Korea)에서 구입하였다. 키토산 용매인 acetic acid 및 필름의 가소제로 사용한 glycerole Showa Chemical(Japan), 인용액 (PQs)은 Kanto Chemical(Japan)에서 구입하였고, 물은 증류수(distilled water)를 사용하였다.
키토산은 젤라틴과 달리 증류수에서 용해성이 좋지 않기 때문에 2%(v/v) acetic acid를 용매로 사용하였다. 먼저 키토산 및 젤라틴의 최종 농도가 각각 3%(w/w)가 되도록 용질 30g을 칭량하고, 가소제인 glycerol 9 g을 가한 뒤, 준비된 묽은 2%(v/v) acetic acid 용액 및 80-90℃로 가열된 증류수 1000mL를 채웠다.
본연구에서 측정된 키토산 필름에 대한 결과를 키틴(chitin)의 결과와 비교를 할 수 있는데, 키틴은 143℃과 23SC에서 각각 P 와 a 전이 곡선을 갖는다(30).키틴과 키토산의 구조를 비교하면, 키틴은 N-아세틸기를 많이 갖은 반면에, 본 연구에 이용이 된 키토산은 아세틸아미드 잔류물의 불규칙한 분포와 함께 높은 탈아세틸화(90%)에 의하여 N-아세틸기를 적게 포함하고 있다. 그것은 키토산이 키틴에 비하여 훨씬 유연해서 키토산이 더 낮은 완화곡선(Tg)을 갖는 것으로 사료된다.
이론/모형
시료(11.1X3.7X0.08 mm)의 열동적 분석은 dynamic mechanical analyzer(DMA 2980, TA Instruments, USA)를 이용하여 Park 등(22)과 Yoo 등(23)의 방법으로 측정하였다. 즉, 인장 형태 (tensile mode)의 측정 모드에서 주파수(frequency) 1 Hz와 5 pm 진폭의 점 탄성 변형(amplitude)하에서, 질소를 순환시키면서 온도 -3CTC에서 25CFC까지 TC/min의 가열 속도로 측정하였다.
성능/효과
또한 수분 및 가소제의 첨가 유무에 따라서 고분자 주쇄의 분해 개시 온도에는 영향을 미치지 않았다. DMA 분석 결과, 키토산/ 젤라틴 블랜드 필름에서 키토산의 함량이 증가할수록 T는 변화하였다. 전체적인 tan 8곡선을 관찰할 때 블랜드 조성 비율에 따라 T는 단일곡선을 나타내었고, 젤라틴의 함량이 증가함에 따라 T는 증가하였다.
5(11)는 가소된 키토산, 젤라틴 및 이들 블랜드 필름들의 분자전이에 관한 결과이며, 가소제의 영향으로 완화곡선이 급격하게 낮아졌다. Fig. 5의 전체적인 tan 8곡선을 관찰할 때 블랜드 조성 비율에 따라 유리전이 온도는 단일곡선을 나타내었고, 젤라틴의 함량이 증가함에 따라 유리전이 온도는 증가하였다 (Table 3). 이렇게 되기 위해서는 구성고분자들의 세그먼트들 사이에서 바람직한 상호작용(interaction)이 있어야 한다.
또한 블랜드 필름 제조 시 가소제로 사용된 glycerol과 고분자 내에 존재하는 수분이 키토산, 젤라틴 및 이들의 블랜드 필름에 미치는 영향을 조사하였다. TGA 분석 결과, 젤라틴이 키토산보다 열적 안정성이 우수하였고, 블랜드 내에서 두 구성 고분자의 관능기 사이에 상호작용이 일어나기 때문에 블랜드된 키토산 필름의 열적 안정성은 수분과 가소제가 첨가되지 않은 순수한 키토산 필른 보다 우수하였다. 또한 수분 및 가소제의 첨가 유무에 따라서 고분자 주쇄의 분해 개시 온도에는 영향을 미치지 않았다.
이것은 고분자의 주쇄에 결합되어 있는 많은 히드록 시기들에 기인하는데, 이웃하는 히드록 시기나 물 분자와 수소결합을 할 수 있기 때문이다 (29). 또한 수분과가소제 모두 첨가된 키토산 필름(A)은 -15.6, 65.5℃ 및 129.3P로 순수한 키토산 필름(D)의 (B B 및 a 전이곡선 온도보다 낮게 측정되었다.
젤라틴의 히드록 시기와 키토산의 히드록 시기 또는 아미노기 등의 극성기들 사이의 분자내 및 분자 간에 존재하는 강한 상호작용에 의해서 키토산과 젤라틴 고분자들 사이에 우수한 상용성이 나타났다. 또한 키토산, 젤라틴 및 블랜드 필름에서 수분과 가소제 는 두 구성 고분자의 열적 특성에 큰 영향을 미쳤지만, 블랜드의 상용성에는 크게 영향을 미치지 않았다. 따라서 키토산/ 젤라틴 블랜드 필름을 이용하여 의료 부문이나 식품 포장 등 다양한 분야에 응용을 할 수 있을 것으로 판단된다.
2(1)는 순수한 젤라틴 필름(A)의 TG(thermal gravity) 곡선2로 주쇄의 분해가 250℃ 이상에서 일어나고 있음을 보여주고, 순수한 키토산(F)의 주쇄분해는 230℃ 부근에서 나타났다. 이러한 결과를 볼 때 젤라틴이 키토산보다 열 안정성이 우수함을 알 수 있었다. 두 순수 성분의 블랜드 필름(B-E)에서는 조성 비율에 따라서열안정성의 차이를 나타내고 있다.
DMA 분석 결과, 키토산/ 젤라틴 블랜드 필름에서 키토산의 함량이 증가할수록 T는 변화하였다. 전체적인 tan 8곡선을 관찰할 때 블랜드 조성 비율에 따라 T는 단일곡선을 나타내었고, 젤라틴의 함량이 증가함에 따라 T는 증가하였다. 젤라틴의 히드록 시기와 키토산의 히드록 시기 또는 아미노기 등의 극성기들 사이의 분자내 및 분자 간에 존재하는 강한 상호작용에 의해서 키토산과 젤라틴 고분자들 사이에 우수한 상용성이 나타났다.
전체적인 tan 8곡선을 관찰할 때 블랜드 조성 비율에 따라 T는 단일곡선을 나타내었고, 젤라틴의 함량이 증가함에 따라 T는 증가하였다. 젤라틴의 히드록 시기와 키토산의 히드록 시기 또는 아미노기 등의 극성기들 사이의 분자내 및 분자 간에 존재하는 강한 상호작용에 의해서 키토산과 젤라틴 고분자들 사이에 우수한 상용성이 나타났다. 또한 키토산, 젤라틴 및 블랜드 필름에서 수분과 가소제 는 두 구성 고분자의 열적 특성에 큰 영향을 미쳤지만, 블랜드의 상용성에는 크게 영향을 미치지 않았다.
후속연구
또한 키토산, 젤라틴 및 블랜드 필름에서 수분과 가소제 는 두 구성 고분자의 열적 특성에 큰 영향을 미쳤지만, 블랜드의 상용성에는 크게 영향을 미치지 않았다. 따라서 키토산/ 젤라틴 블랜드 필름을 이용하여 의료 부문이나 식품 포장 등 다양한 분야에 응용을 할 수 있을 것으로 판단된다.
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