본문내용
1. 작품(과제) 개발의 필요성
1.1. 개발 동기 및 필요성
최근에 쾌적하고 세균 혹은 해로운 미생물이 없는 환경에 대한 사람들의 욕구가 증가하였다. 이에 따라 사람들에게 피해를 가져 올 수 있는 세균이나 박테리아를 손쉽게 제거하고자 하는 목적으로 실험을 진행하였다. 시중에는 많은 제품들이 출시되어 사용할 수 있으나 지속적인 사용이 어려웠다. 또한 피부에 직접 사용하여 제거하는 제품도 있지만 실질적으로 우리 일상생활에서 쉽게 사용하고 반드시 항균을 필요로 하는 제품들은 많이 나와 있지 않았다. 따라서 쉽게 코팅을 하여 항균성을 가지고 사람에게 국한 되지 않을 뿐만 아니라 사물에게도 적용을 하여 그 활용 분야를 확대하고자 하였다. 또한 제품들은 손쉽게 사용이 가능하지만 지속적인 사용이 어려워 이러한 문제를 해결하고자 이와 같은 실험을 하였다. 많은 항균 재료가 상품화 되었지만 대부분 항균제를 액상이나 고분자 물질에 첨가한 혼합형이어서 가공성이 낮고, 사용 중에 서서히 항균 성분이 제거되어 장기간 사용이 곤란하였다. 이에 따라 항균 활성이 반영구적으로 유지되어 기질에 대한 응용성이 크고, 사용에 편리한 유기 고분자 사슬 자체에 항균성이 부가된, 고분자형 항균 재료의 개발이 요구되었다.
1.2. 관련기술동향
1.2.1. 관련 분야의 현황 조사
많은 항균 재료가 상품화되었지만 대부분 항균제를 액상이나 고분자 물질에 첨가한 혼합형이어서 가공성이 낮고, 사용 중에 서서히 항균 성분이 제거되어 장기간 사용이 곤란하다. 또한 기존의 항균제들은 일반적으로 첨가제 형태로 사용되고 있어서 편리한 점은 있으나, 주로 과량으로 사용하게 되고, 첨가된 항균 물질의 일부만이 기질 표면에서 제한적으로 항균 활성을 나타내며, 항균제 첨가 제품은 지속적인 세척과 외부 노출 기간 경과 등으로 인하여 일정 기간 경과 후에는 항균 활성이 급격히 감소하게 된다. 따라서, 항균 활성이 반영구적으로 유지되어 기질에 대한 응용성이 크고, 사용에 편리하도록 유기 고분자 사슬 자체에 항균성이 부가된, 고분자형 항균 재료의 개발이 요구되고 있다. []
1.2.2. 현 상황에서의 문제점 또는 해결이 필요한 사항
현 상황에서는 고분자 물질을 물에 분산시켜서 쉽게 에멀젼 상태를 만드는 것이 문제이다. 그에 따라 물에 쉽게 분산 될 수 있는 즉, 이온을 가질 수 있게 하는 것, 양을 조절할 때 마다 달라지는 부피와 질량비, 반응시간이 오래 걸리는 것 또한 현 상황에서의 문제점이라고 볼 수 있다. 이러한 문제점을 교수님과 박사님, 대학원생들과 함께 어떻게 하면 좀 더 나은 방향으로 만들 수 있는지, 쉽게 분산시킬 수 있는 방법들을 토론하고 피드백하여 조언을 구하고 그에 따라 우리가 만들고자하는 물질의 화학반응을 수정과 개선이 필요하다.현재 상황에서는 고분자물질을 물에 분산시켜 에멀젼을 만드는 과정에 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 물에 잘 분산될 수 있도록 이온화하는 방법, 일정한 부피와 질량비를 유지하는 방법, 반응 시간을 단축하는 방법 등이 필요하다. 연구진들과의 토론과 피드백을 통해 이러한 문제점들을 개선하고자 한다.
2. 수행목표
2.1. 문제 해결을 위한 아이디어 및 구체적인 방법
각종 윤활유나 벽지, 건축 내장재, 육류나 생선, 과일 등의 포장재에는 미생물이 번식할 수 있으므로 항균 기능을 부여할 필요가 있다. 일반인들의 위생제품에 대한 선호도 증가에 따라 기존 제품과 차별화를 위해 항균제를 첨가하는 것만으로도 쉽게 새로운 기능을 갖춘 고부가가치 제품을 만들 수 있다. 그러나 항균제를 단순히 고분자 물질에 첨가하는 방식으로는 항균력 감소와 독성 문제가 발생할 수 있다. 따라서 유기 고분자 사슬 자체에 항균성을 부가시킨 고분자형 항균 재료의 개발이 필요하다. 항균 기능을 갖는 고분자는 미생물의 세포막 및 세포벽 손상, 효소 단백질 변성 또는 호흡 저해를 통해 항균성을 나타낼 수 있다. 이를 위해 물성이 우수한 우레탄과 아크릴레이트를 하이브리드 구조로 결합시켜 core-shell 구조를 만들고 여기에 항균성을 지니는 물질을 도입함으로써 우수한 물성과 항균성을 겸비한 액상 코팅용 도료를 제작하고자 한다. 이를 통해 생활환경이 더욱 위생적이고 안전해질 것으로 기대된다.
2.2. 수행목표
가공이 용이한 고분자 항균 재료로 만드는 경우, 생활환경이 더욱 위생적이고 안전하게 될 수 있으므로 가공성이 우수한 항균성 고분자 재료가 요구된다. 많은 항균 재료가 상품화 되었지만 대부분 항균제를 액상이나 고분자 물질에 첨가한 혼합형이어서 가공성이 낮고, 사용 중에 서서히 항균 성분이 제거되어 장기간 사용이 곤란하였다. 또한 기존의 항균제들은 일반적으로 첨가제 형태로 사용되고 있어서 편리한 점은 있으나, 주로 과량으로 사용하게 되고, 첨가된 항균 물질의 일부만이 기질 표면에서 제한적으로 항균 활성을 나타내며, 항균제 첨가 제품은 지속적인 세척과 외부 노출 기간 경과 등으로 인하여 일정 기간 경과 후에는 항균 활성이 급격히 감소하게 된다. 따라서, 항균 활성이 반영구적으로 유지되어 기질에 대한 응용성이 크고, 사용에 편리하도록 유기 고분자 사슬 자체에 항균성이 부가된, 고분자형 항균 재료의 개발이 요구되고 있다. 항균 기능을 갖는 고분자는 미생물의 세포막 및 세포벽의 손상, 효소 단백질의 변성 또는 호흡 저해를 야기하여 항균성을 나타낸다. 항균제가 세균에 대하여 활성을 나타내는 작용은 항균제의 물리·화학적 특성 및 세균과 세포 구조의 다양성에 의해서도 크게 영향을 받는다. 이러한 단점을 해결하기위해서 물성이 우수한 우레탄과 아크릴레이드를 하이브리드 구조를 이루어 core-shell 구조를 만들어 물성을 향상시키고 항균성을 가지는 액상 코팅용 도료의 제작에 목적이 있다.
3. 과제수행에 사용 된 이론 및 기술
3.1. 본 과제를 수행함에 있어 활용된 수학, 기초과학
본 과제를 수행함에 있어 통계학, 유체역학, 미생물학 등의 수학과 기초과학 지식이 활용되었다. 항균성능 평가 실험 시 생균수와 균 종류 분석에 미생물학적 방법론이 사용되었으며, 가습기 작동 시 공기 중 화학물질 농도 측정을 위해 유체역학 이론이 적용되었다. 또한 항균 물질의 물리화학적 특성 분석과 결과 해석에 통계학적 기법이 활용되었다. 이처럼 본 과제를 수행하기 위해서는 관련 수학과 기초과학 지식이 필수적이었다.
3.2. 본 과제를 수행함에 있어 활용된 전공 이론과 정보기술
본 과제를 수행함에 있어 다양한 전공 이론과 정보기술을 활용하였다. 먼저 항균 물질의 종류에 따른 항균 특성과 메커니즘을 이해하기 위해 유기계, 무기계, 천연계 항균 물질의 특성을 살펴보았다. 유기계 항균물질인 4급 암모늄 화합물은 세포질막과 세포벽을 파괴하여 항균 작용을 하며, N-Halamine계 화합물은 염소 ...
