세균 생성-셀룰로오스를 함유하는 성형된 재료의 제조방법

세균 생성-셀룰로오스를 함유하는 성형된 재료의 제조방법

제1도는 실시예 1에서 수득한 박판의 X-선 회절무늬를 도시한 것이다.

제2도는 실시예 2에서 수득한 박판의 X-선 회절무늬를 도시한 것이다.

제3도는 실시예 18에서 제조한 샘플 1과 비교용 샘플 1의 주파수 특성을 도시한 것이다.

제4도는 실시예 19에서 제조한 샘플 2와 비교용 샘플2의 주파수 특성을 도시한 것이다.

본 발명은 세균에 의해 생성된 셀룰로오스로부터 수득되는, 인장강도와 내신장성이 탁월한, 고탄성, 고인성의 성형된 재료(Moulded material)에 관한 것이다.

본 발명의 성형된 재료는 종이 및 기타 여러 가지 박판으로서 뿐만 아니라 실모양의 성형품 또는 다양한 입체 성형품으로서도 사용될 수 있다.

세균에 의해 생성되는 셀룰로오스로서는, 의약 패드용으로서 아세토박터 크실리늄(Acetobacter xylinum ; ATCC 23769)에 의해 생성되는 박판형 셀룰로오스가 공지되어 있다[참조 : 일본국 특허원 제 120,159/85호].

또한, 통상적인 성형된 재료로서 각종 물질들이 공지되어 있다. 즉, 실모양의 성형품, 박편형 성형품 및 다양한 입체 성형품을 제조하기 위한 섬유 이외에도, 셀룰로오스 유도체를 용해시킨 다음 가공하여 수득되는 셀룰로오스, 셀로판 및 셀룰로이드 등이 공지되어 있다. 또한, 각종 합성 고분자 재료들도 개발되었는데, 이중에는 분자쇄의 일정한 방향으로의 배향 때문에 특히 개선된 동적 강도(dynamic strength)를 갖는 것들도 있다.

여러가지 식물로부터 유래한 통상적인 셀룰로오스 및 셀룰로오스 유도체의 동적 강도는 그다지 크지 않다. 예를들면, 박편 형태의 셀룰로이드 또는 셀로판의 탄성 계수는 기껏해야 약 2 내지 3GPa이다.

또한, 분자쇄를 어떤 정해진 한 방향으로 배향시킴으로써 수득되는 합성 고분자 물질들은, 다른 방향에 있어서는 탄성 계수가 열악하기 때문에 필연적으로 그 용도가 제한된다. 이런 이유 때문에, 상기와 같은 물질들중 어떤 것들은 어느 한 방향에 있어서는 금속이나 무기 물질에 필적할 만한 탄성계수를 가지는데도, 강성 재료로서는 사용될 수가 없다. 이러한 이유에서, 분자 배향에 있어서는 전혀 이방성(Anisotropy)이 없으면서도 구조재료로서의 강도가 탁월한 재료가 요망되고 있다. 그러나, 분자들이 불규칙하게 배열되어 있는 고분자 재료는 탄성계수가 열악하다. 효용이 높은 성형된 재료로서는, 폴리에스테르 필름, 아라미드 박판 및 폴리이미드 필름 등의 합성 고분자 재료들이 공지되어 있지만, 이들의 탄성계수는 약 4 내지 7GPa이다.

세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 이용한 재료로서는 전술된 재료가 공지되어 있기는 하지만, 그 용도가 의약용 패드에 한정되어 있다. 상기 재료의 동적 강도가 높은 재료로서의 용도에 대해서는 전혀 공지되어 있지 않다.

본 발명의 목적 중의 하나는, 통상적인 성형된 재료에 비해, 인장 강도와 내신장성이 탁월한, 고탄성, 고강성의 성형된 재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 동적 강도가 높을 뿐만이 아니라 독성에 대한 문제가 없으면서 친수성이 탁월한 성형된 재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 재료에 전기 전도성, 자기 특성, 높은 절연특성, 열전도성, 내후성 또는 내화학약품성 등을 부여함으로써 다양한 분야에서의 사용에 대해 탁월하고, 동적 강도가 큰 재료를 제공하는 것이다.

본 발명자들은 상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여 많은 연구를 수행하여 결국 미생물에 의해 생성되는 리본 모양의 미세원섬유(Ribbon-like microfibril)로 이루어진 셀룰로오스가 극히 큰 동적 강도(예 : 인장강도 등)을 가지며, 이러한 세균성 셀룰로오스를 혼입한 재료를 성형된 재료로 사용함으로써 상기 목적들을 달성할 수 있다는 것을 알아 냈다.

따라서, 본 발명은 리본상 미세원섬유로 이루어진 세균성 셀룰로오스로 이루어진 동적 강도가 큰 성형된 재료에 관한 것이다.

세균에 의해 생성되는 셀룰로오스는 바람직하게는 너비가 약 100 내지 500Å이고 두께가 약 10 내지 200Å인 리본모양 미세원섬유로 이루어진다.

성형된 재료 중의 세균 생성-셀룰로오스의 함량은 0.01 내지 100%일수 있다.

본 발명의 재료는, 바람직하게는, (a) 친수성 고분자 물질, (b) 소수성 고분자 물질, (c) 금속, (d) 무기 물질, (e), 자기성 물질, (f) 전거 전도성 물질, (g) 열전도성이 높은 물질, (h) 내후성이 큰 물질 및 (i) 내화학약품성이 큰 물질로부터 선택된 하나 이상의 물질을 함유한다.

세균에 의해 생성된 셀룰로오스는 렐룰라아제(Cellulase)에 의해 용이하게 분해되어 글루코오스를 형성한다. 예를들면 , 셀룰라아제(EC 3. 2. 1. 4.)[Amano Pharmaceutical Co., Ltd.에서 제조]를 셀룰로오스의 0.1%(w/v) 현탁액에 0.5%(w/v)의 양으로 용해시키고, 생성된 혼합물을 0.1M 아세테이트 완충액 중에서 24시간 동안 30℃에서 반응시킬 경우, 셀룰로오스 중의 일부가 분해된 것이 관찰된다. 상청액을 종이 크로마토그래피에 의해 전개하면, 셀로-올리고당(Cello-oligosaccharide)와 포도당이 검출된다. 또한, 포도당 이외에도 소량의 육탄당들이 검출된다.

그러므로, 본 발명의 세균 생성-셀룰로오스는 셀룰로오스를 함유한다. 그리고, 주쇄로서의 셀룰로오스와, β-1,3-, β-1,2- 등의 글루칸을 함유하는 헤테로다당류(heteropolysaccharide)를 함유할 수 있다.

헤테로다당류의 경우, 셀룰로오스 이외의 구성 부분은 육탄당, 오탄당 및 유기산 등인데, 예를 들면, 만노오스, 과당, 갈락토오스, 크실로오스, 아라비노오스, 람노오스, 글루쿠론산 등이다. 이러한 다당류는 단일 물질이거나, 예를 들면, 수소결합 등을 통하여 2개 이상의 다당류가 결합되어 있을 수도 있다. 세균에 의해 생성된 셀룰로오스는 무엇이든지 본 발명에서 사용될 수 있다.

상기와 같은 셀룰로오스를 생산하는 미생물에 대해 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 1986년 10월 17일자로 KFCC에 국내 재기탁된 아세토박터 아세티 아종 크실리늄(Acetobacter aceti subsp. xylinum ; 국내 기탁번호 : KFCC-10285; 국제기탁 번호 : ATCC 10821), 아세토박터 파스테우리아누스(Acetobacter pasteurianus), 아세토박터 란세스(Acetobacter rancens), 사르시나 벤트리쿨리(Sarcina ventriculi), 박테리움 크실린시데(Bacterium xylincide), 및 수도모나스(Pseudomonas)속, 아그로박테리움(Agrobacterium)속 등에 속하는 박테리아가 포함된다.

상기와 같은 미생물을 배양하여 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 축적시키는 방법은 통상적인 박테리아 배양방법에 따른다. 그러므로, 미생물을 탄소원, 질소원, 무기염 및 필요할 경우 미량의 유기 영양소(예 : 아미노산, 비타민 등)를 함유하는 통상적인 영향 배지에 접종하고, 이어서 정치시키거나 온화하게 공기 진탕시킨다. 탄소원으로서는 포도당, 설탕, 맥아당, 전분 가수분해물, 당밀 등을 사용할 수 있으나, 에탄올, 아세트산, 시트르산 등을 단독으로 또는 상기한 당과 혼합하여 사용할 수도 있다. 질소원으로서는 유기 또는 무기 질소원, 예를 들면, 암모늄염(예 : 황산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄 등), 질산염, 우레아, 펩톤 등을 사용할 수 있다. 무기염, 인산염, 마그네슘염, 칼슘염, 철염, 망간염 등을 사용할 수 있다. 미량의 유기 영양소로서는 아미노산, 비타민, 지방산, 헥산 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 영양소를 함유하는 펩톤, 카스아미노산, 효모 추출물, 대두 단백질 가수분해물 등을 사용할 수 있다. 생장에 아미노산 등을 필요로 하는 영양요구 변이주(Auxotroph)를 사용하는 경우 추가의 영양소를 사용할 필요가 있을 수 있다.

배양조건은 통상적이며, 예를 들면, pH 3 내지 9 및 20°내지 40℃에서 1 내지 30일간 배양을 수행한다. 그러년 세균에 의해 생성된 셀룰로오스가 겔 형태의 표면층으로서 축적된다.

생성된 겔은 필요시 회수하여 물로 세척한다. 겔의 목적 용도에 따라, 세척수는 살균제, 예비 처리제 등의 화학약품을 함유할 수 있다.

물로 세척한 후에 생성된 겔을 건조시키거나, 사용을 위해 다른 룰질과 혼연시킬 수 있다.

세균에 의해 생성된 셀룰로오스는, 동적 강도(예를 들면, 인장강도 등)의 증진을 위해서는, 미새원섬유들이 서로 꼬여있는 구조인 것이 바람직하다. 이러한 이유에서, 예를 들면, 배지로부터 회수한 겔을 수직 방향에서 가압하여 거의 대부분의 유리 수를 압착 제거한 다음, 건조시키는 단계를 포함하는 방법이 효과적이다. 압착 압력(Squeezing pressure)은 약 1 내지 10kg/㎠인 것이 적당하다. 이러한 가압 압착 처리에 의하여, 건조 후의 셀룰로오스는 가압 압착처리 방향으로 배향되게 된다. 또한 압력을 가압하면서 한 방향으로 신장시킴에 의하여, 예를 들면, 롤링 조작에 의하여, 건조 후의 셀룰로오스는 가압 압착 처리 방향 이외에도 롤링 조작 방향으로도 배향되게 된다. 압착 장치는 시판되고 있는 기계 중에서 적당한 것을 선택할 수 있다.

또한, 세균 생성-셀룰로오스를 세단(macerate)시켜서 동적 강도를 증가시키는 것도 효과적이다. 세단은 기계적 전단력을 이용하여 행할 수 있다. 세균에 의해 생성된 셀룰로오스는, 예를 들면, 회전식 세단기(Rotary macerator) 또는 혼합기(mixer) 등을 사용하여 용이하게 세단시킬 수 있다. 이러한 세단 처리 후에 전술한 가압 압착 처리를 수행하는 것도 효과적이다.

동적 강도가 큰 본 발명의 성형된 재료는 박판 형태, 실 형태, 직물 형태, 입체 형태 등의 다양한 형상을 가질 수 있다.

박판 형태로 성형하는 경우, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를, 필요에 따라 세단시키고, 층으로 성형한 다음, 필요한 경우, 이를 가압 압착시킨 다음, 건조시킨다. 가압 압착 처리하면, 평면으로 배향된 박판을 수득하며, 추가로 롤링 처리하면, 평면 배향된데다가 단축 배향까지 된 박판을 수득할 수 있다.

세단 및/또는 가압 압착 처리된 박판의 건조 처리는 박판을 적당한 지지체에 고정시킨 후에 수행하는 것이 바람직하다. 박판을 지지체 위에 고정시킴으로써, 평면 배향도를 더 증가시키고 동적 강도가 큰 시이트를 수득할 수 있다. 지지체로서는 예를 들면, 망상 구조의 판재(예를 들면, 유리판, 금속판 등)를 사용할 수 있다. 셀룰로오스가 분해되지 않는 법위내의 모든 온도를 건조처리 온도로 이용할 수 있다. 가열 건조이외에, 동결건조시킬 수도 있다.

이렇게 하여 수득한 박판의 구조는 미세원섬유들이 불규칙하게 서로 꼬인 구조이다. X-선 회절 무늬에 따르면, 가압 압착 처리된 박판은 평면 배향되며 ; 추가적으로 롤링 처리된 박판은 평면 배향되는 동시에 단축 배향된다. 이러한 박판의 탄성계수는 일반적으로 약 10 내지 20GPa이다.

박판의 두께는 그 사용목적에 의해 좌우되지만, 일반적으로는 약 1 내지 500μ이다.

박판은 여러 가지 첨가제를 함유할 수 있다. 예를 들면, 각종 고분자 물질의 용액(수성 또는 비수성), 유화액, 분산액, 분말, 용융물 등을 혼입시킴으로써 첨가제의 특성에 따라 강도, 내후성, 내화학약품, 성, 내수성, 소수성, 대전 방지성 등의 특성 중 한 가지 이상을 박판에 부여할 수 있다. 알루미늄, 구리, 철, 아연 등의 금속 또는 분말형 또는 섬유 형태의 탄소를 혼입시킴으로써, 전기전도성과 열전도성을 증가시킬 수 있다. 또한, 무기물질, 예를 들면, 산화탄, 산화철, 탄산칼슘, 카올린, 벤토나이트, 제올라이트, 운모 또는 알루미나 등을 혼입시킴으로써, 이들 첨가제의 종류에 따라서, 내열성, 절연성 등을 증진시키거나 표면에 평활성을 부여할 수 있다. 저분자량의 유기 물질 또는 접착제를 혼입시킴으로써 강도를 더욱 증가시킬 수 있다. 착색제(예를 들면, 프탈로 시아닌, 아조 화합물, 인디고 또는 사플로어 등)로 박판을 착색시킬 수 있다. 착색시키기 위해서, 상기한 착색제 이외에도 각종 페인트, 염료 및 안료를 사용할 수 있다. 약제 또는 살균제를 혼입시킴으로써, 박판을 의약용으로 사용할 수도 있다.

상기한 혼연제와 첨가제는 97%를 초과하지 않는 범위 내에서 목적하는 물리적 특성의 부여에 적당한 양으로 혼입시킨다. 혼입시기에 대해서는 특별히 제한이 없으며, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스 겔 또는 이의 연화된 생성물에 혼입시킬 수 있다. 또한, 가압 압착 처리한 후에 또는 건조시킨 후에 혼입시킬 수도 있다. 또한, 때로는 배지 또는 배양물에 혼입시킬 수 있도 있다. 혼입방법은 혼합 이외에 함침에 의해서도 수행할 수 있다.

이러한 박판 위에 다른 재료의 층을 적층시킬 수도 있다. 적층물은 박판의 목적하는 용도에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 적층물은 전술한 혼연제 또는 첨가제로부터 선택할 수도 있다. 예를 들면, 여러 가지 고분자 물질을 박판 위에 피복시켜 방수성을 부여할 수 있다.

종이의 경우, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 세단시키고 이어서 제지 공정을 행하고 건조시킴으로써, 인장강도 및 내팽창성 등이 탁월하고 탄성과 강도가 높으며, 화학적으로 안정하고 흡수성과 공기투과성이 탁월한 종이를 수득할 수 있다. 이 경우에, 종이 제조에 있어서 통상적으로 사용되는 첨가제 및 처리제 등을 사용할 수 있으며, 혼연제와 첨가제는 전술한 물질 중에서 적절하게 선택하여 종이에 혼입시킬 수 있다.

최근 몇년 동안, 전기 절연성 종이, 내열성 종이, 난연성 종이 등에 대한 필요성이 증가되어 왔으며, 비셀룰로오스 섬유를 함유하는 합성 종이, 무기 종이 등이 제조되었다. 이러한 종이를 습식 방법으로 제조하려는 경우에 있어서, 비셀룰로오스 섬유는 수소결합을 형성하지 못하기 때문에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 방향족 폴리아미드 등의 섬유와 같은 펄프 섬유를 사용하는 경우를 제외하고는, 셀룰로오스 펄프를 사용하여 제조공정을 수행하는 것이 필요하다. 이 경우에, 절연성, 내연성 및 난연성을 증진시키기 위해서는 펄프의 양을 가능한한 최소화시키는 것이 필요하다. 그러나, 통상적 목재 펄프를 종이롸 혼합시키는 경우, 첨가량은 20 내지 50%에 달하며 의도하는 효과는 충분히 성취될 수 없다. 반대로, 목재 펄프 대신에 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 사용하면, 셀루로오스의 양은 크게 감소시킬 수 있으며, 절연성, 내열성 및 난연성이 탁월한 종이를 수득할 수 있다. 그러므로, 동적 강도가 큰 본 발명의 성형된 재료는 이러한 관점에서도 역시 효과적이다.

또한, 광가교결합성 폴리비닐 알콜은 통상적인 광가교 결합성 수지에 비하여 생물체에 대한 친화력이 우수한 것으로 알려져 있어서, 효소, 미생물 등에 대한 고정화제로서의 유용성은 더욱 개선될 것으로 사료된다. 또한, 인쇄 원판의 제조에 사용되는 감광성 내식막은 기판 위에 수지를 피복시키고, 인쇄하려는 디자인을 투사하여 광가교결합을 발생시켜서 수지를 경화시키고 경화되지 않은 수지를 세척하여 제거함으로써 제조할 수 있는데, 수용성인 광가교결합성 폴리비닐 알콜은 통상적인 지용성 감광성 내식막에 비해서는 저렴하고 세척이 용이하다는 잇점들이 있어서, 감광성 내식막으로서 유용할 것으로 기대된다. 그런데, 광가교결합성 폴리비닐 알콜은 수중에서 팽윤되어 가교결합 구조가 파괴된다는 문제점이 있다. 그러나, 이러한 팽윤 문제는 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 혼입시킴으로써 방지할 수 있다.

실형태의 경우에는 예를 들면, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스 겔 또는 이의 세단 생성물을 세척, 건조시킨 다음, 예를 들면, 디메틸아세트아미드/리튬 클로라이드 용매에 용해시키고, 생성된 용액을 셀룰로오스는 용해시키지 못하면서 셀룰로오스에 대한 상기 용매와는 혼화성인, 물, 알콜, 케톤, 디옥산, 테트라하이드로푸란 등의 응집화 용액을 사용하여 방사처리하여 제조할 수 있다.

직물 형태의 경우에는, 상기 실을 통상적인 방법에 의해 직조하여 제조할 수 있다.

입체 구조의 경우에는, 각종 가소성 물질을 세균에 의해 생성된 셀룰로오스와 혼연시키거나 여기에 적층시켜 목적하는 성형품을 형성할 수 있다. 이러한 성형품은, 예를 들면, 각종 섬유 보강 플라스틱 제품(FRP 제품) 또는 탄소섬유 제품을 대체할 수 있다는 것이다.

세균에 의해 생성된 셀룰로오스는 리본모양 미세원섬유로 이루어지며, 인장강도, 내팽창성, 탄성 등의 동적 강도가 크다. 동적 강도는 미세원섬유들이 서로 꼬이게 함에 의해 증진된다. 여기에 배향을 부여하면, 배향된 방향에 있어서의 강도는 더욱 증가된다. 세균에 의해 생성된 셀룰로오스는 압착에 의해 용이하게 배향되는 특성을 지닌다.

동적 강도가 큰 본 발명의 성형된 재료는 인장강도, 내팽창성, 탄성 등이 탁월하다. 특히, 가압 압착 처리 및 건조 후에 수득된 박판은 탄성계수가 극히 높다. 후술하는 실시예의 제품의 경우, 그 탄성계수는 지금까지 공지된 2차 재료 중에서 탄성계수가 가장 큰 폴리메타페닐렌이소프탈아미드 박판의 탄성계수보다 2배 이상 더 크다.

따라서, 본 발명의 재료는, 예를 들면, 선박, 항공기, 자동차, 등의 동체 재료, 인쇄회로 기판, 기록용 중이 등의 고급 종이 또는 타악기용 진동판 등과 같이 높은 강도가 요구되는, 복합 플라스틱 재료용 보강물질로서 사용될 수 있다.

이제, 본 발명을 하기에 실시예에 의하여 예시하겠다.

제1도 내지 제4도에 대해서는 관련된 실시예에서 설명할 것이다.

[실시예 1]

설탕 5g/㎗, 효모 추출물(Difco) 0.5g/㎗, KH ₂ PO ₄ 0.3g/㎗ 및 MgSO ₄ ·7H ₂ O 0.05g/㎗로 조성된, pH 5.0의 배지 50ml를 200ml들이 삼각 플라스크에 충진시킨다. 배지를 120℃에서 20분간 증기멸균 처리한다. 효모 추출물 0.5g/㎗, 펩톤 0.3g/㎗ 및 만니톨(pH 6.0) 2.5g/㎗로 조성된 시험관 사면 한천 배지(pH 6.0)에서 30℃에서 30일간 생장시킨 아세토박터아세티 아종 크실리늄(KFCC-10285 ; ATCC 10821) 1 백금이의 양을 상기 멸균처리된 배지에 접종하고, 30℃에서 배양한다. 30일이 경과한 후에, 세균에 의해 생성된 백색 셀룰로오스 다당을 함유하는 겔상 막이 배양액 위의 표면층으로서 생성된다.

이렇게 하여 수득한 겔상 막을 물로 세척하고, 약 1cm 두께의 층으로 편다. 시험 압착기[Tester Industry Co., Ltd에서 제조]를 사용하여 약 10kg/㎠의 압력하에 막을 압착시켜 물을 짜낸다. 수득된 층을 유리판에 부착시키고 105℃에서 2시간 동안 건조시켜 두께가 약 10μ인 박판을 수득한다.

이와 같이 하여 수득한 박판의 X-선 회절 무늬는 제1도에 도시되어 있다. 제1도는 회전축을 박판 평면과 평행하게 하고 회전축에 대하여 수직 방향으로 X-선을 투사하여 촬영한 회전 무늬를 보여준다. 도면에 도시된 평면 101(a), 101(b) 및 002(c)는 모두 배양되어 있으며, 박판은 극히 고도로 평면 배향화를 겪는다.

본 실시예의 박판, 공지된 셀룰로오스 박판 및 각종 고분자량 2차 재료의 탄성계수는 인장 시험기를 사용하여 측정한다. 결과는 표 1에 수록되어 있다.

[표 1]

* 리메타페닐렌 이소프탈아미드의 박판

** 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 박판

[실시예 2]

실시예 1에서 사용한, 세균에 의해 생성된 겔상 셀룰로오스를 압착기[Yoshida Kogyo KK에서 제조]로 한 방향으로 롤링시키면서 가압 압축시킨다. 실시예 1과 동일한 방법으로 압착된 셀룰로오스를 유리판에 부착시키고, 105℃에서 2시간 동안 건조시켜 박판을 수득한다.

이와 같이 하여 수득한 박판의 X-선 회절무늬는 제2도에 도시되어 있다. 제2도는 박판을 고정시키고 필름 표면에 대해 수직방향으로 X-선을 투사하여 촬영한 회전 무늬를 보여준다. 도면에서, 화살표는 롤링방향을 나타낸다. 도면에 나타나 있는 바와 같이, 배향은 각각의 평면 101(a), 101(b) 및 002(c)에서 관찰되며, 단축 배향이 명확하게 나타난다. 또한, 평면 배향에 관하여는, 제1도와 거의 유사한 배향이 명백하다.

본 실시예 박판의 탄성계수는 실시예 1과 유사한 방법으로 측정한다. 롤링 방향으로는 20GPa인 것으로 측정된다.

[실시예 3]

세균에 의해 생성된 셀루로오스를 노볼리드 섬유[Kainol Fiber KF 0203; 직경 14μ, 길이 3mm ; Gun-Ei Chemical Industry Co., Ltd.에서 제조]에 혼입시키고, TAPPI 방법[TAPPI Standard T 205 m-58]에 따르는 제지법으로 중량이 60g/㎡인 박판을 제조한다.

또한, 비교용으로 고도로{카나다 표준 여수도(CSF) 245ml ; Tappi Bulletin T22M-58(1948년 5월)}파쇄된 통상적인 목재 펄프(연질목재 비표백 설파이트 펄프(NUSP)와 카이놀 섬유(Kainol Fiber)로부터 혼응지(Papier mache)를 제조한다.

이들 박판 각각의 파단길이는 자동기록식 인장 시험기로 측정한다. 결과는 표 2에 수록되어 있다.

[표 2]

* B. C : 세균에 의해 생성된 셀룰로오스

세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 사용함으로써 종이 제조가 가능하며, 소량의 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 사용함으로써 종이의 강도가 증가된다. 통상적인 펄프를 사용하는 경우, 10부 미만의 양으로는 종이 제조가 불가능하다.

[실시예 4]

각종 무기 섬유와 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 사용하여 혼응지를 제조하고, 파단길이를 측정한다. 결과는 표 3에 수록되어 있다.

[표 3]

각각의 경우에 있어서, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스 5 내지 10%를 사용하는 경우에는 종이 제조가 가능하다.

[실시예 5]

세균에 의해 생성된 겔상 셀룰로오스를 압착하고 건조시켜 박판을 수득한다. 진동 납 방법(Oscillation lead method)으로 측정한 박판의 영 모듈러스(E : Young's modulus)는 13.6GPa이다.

이러한 값은 목재 펄프 만으로 제조한 통상적인 종이의 영 모듈러스의 5 내지 10배에 상응한다.

[실시예 6]

세균에 의해 생성된 겔상 셀룰로오스를 균질화하기로 세단시키고, 세단된 재료를 TAPPI 방법에 따라 종이로 제조한다. 진동 납 방법으로 측정한 박판의 영 모듈러스(E)는 7.4GPa이다.

또한, 여수도(freeness) 및 미립자의 산출을 개선할 목적으로, 5%(고체 함량 비율)의 폴리아미드 에피클로로히드린 수지[Kaimen 557H, Dick Hercules Co., Ltd.에서 제조]를 혼입시키고, 이로부터 종이를 제조한다. 이러한 종이의 영 모듈러스(E)는 8.1GPa이다.

각각의 경우에 있어서, 강도가 높은 종이가 수득된다.

[실시예 7]

세균에 의해 생성된 셀룰로오스에 목재 펄프[(NUKP, CSF 540ml)]를 첨가하고, 이어서 황산알루미늄 5%(고체 함량 비율)을 첨가하고, 생성된 혼합물로부터 종이를 제조한다. 본 실시예에서 수득한 종이의 특성은 표 4에 수록되어 있다.

[표 4]

세균 생성-셀룰로오스를 첨가함으로써, 종이의 강도가 증진된다.

[실시예 8]

한정 배양에 의해 수득된 겔상의 세균-생성 셀룰로오스를 표준 펄프 세단기에서 세단시킨 다음, 세단된 물질을 125메쉬의 체로 여과하여, 고체 함량이 약 8.8%인 세단된 페이스트를 수득한다. 이렇게 하여 제조한 페이스트를 하기 시험에 사용한다.

광가교결합성 폴리비닐 알콜[(PVA)-SbQ[GH-17SbQ, 10.5중량%, 1.2mol%, Toyo Gosei Kyogyo KK에서 제조]]상기에서 제조한 세단된 페이스트 및 물을 표 5에 기재된 비율로 암실에서 혼합한다.

[표 5]

(a) PVA-SbQ(GH-17 SbQ, 10.5중량%, 1.2mol%)

(b) 세단된 세균 생성-셀룰로오스(무수 중량 기준)

(c) H ₂ O

상기 표에 수록된 각각의 혼합물을 유리봉을 사용하여 아크릴판 위에 약 0.7mm의 두께로 도포시킨다. 밤새 공기건조시킨 다음, 40℃에서 30분간 추가로 공지건조시킨다. 이러한 조작은 암실에서 수행한다. 각 혼합물을 태양 광선에 30분간 노출시켜 가교결합을 발생시키고 박판을 수득한다.

수득된 박판을 3×1cm의 기본 형태로 절단하고, 이를 물에 2시간 동안 침지시켜 팽윤도를 측정한다. 측정 결과는 표 6에 수록되어 있다.

[표 6]

세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 사용함으로써, 팽윤 현상을 방지할 수 있다. 이어서, 박판의 인장 시험을 하며, 결과는 표 7에 수록되어 있다.

[표 7]

세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 사용함으로써, 탄성계수를 1.3 내지 1.6배 증진시킬 수 있다.

[실시예 9]

실시예 8에서의 혼합물 각각을 이격부재로서 두께가 1mm인 슬라이드 유리를 사용하여 2장의 유리판 사이에 끼워 넣는다. 이어서, 각각의 혼합물을 태양광선에 30분간 노출시켜 가교결합을 발생시키며, 습윤상태의 곤약(Konjak : 식물 마우난(maunan)으로부터 제조된 식용 겔)과 유사한 겔을 수득한다. 수득된 겔을 증류수에 침지시키고, 실시예 8과 유사한 방법으로 팽윤시험을 실시한다. 결과는 표 8에 수록되어 있다.

[표 8]

* 시료 3과 4는 팽윤에 의해 파괴되었다.

세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 사용함으로써 겔의 팽윤 및 파괴를 방지하였다.

[실시예 10]

세균에 의해 생성된 무수 셀룰로오스 3.5부에 디메틸아세트아미드 100부를 첨가한다. 혼합물을 60분 동안 교반 환류시킨다. 이어서, 생성 혼합물을 100℃로 냉각시킨다. 리튬 클로라이드 10부를 서서히 가한 다음, 혼합물을 실온에서 밤새 교반하여 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 용해시킨다. 생성된 방사 원액을 방사드래프트(draft) 1.5 및 욕 길이 80cm(bath length)하에, 테트라하이드로푸란 응집화 용액 속에서 방사한다. 방사욕으로부터의 실을 50℃의 물에서 50% 신장시킨 다음 건조시킨다. 이와 같이 하여 수득한 섬유의 특성은 표 9에 수록되어 있다. 비교를 위하여, 목재 펄프(경지 목재 펄프 표백 크래프트지(LBKP))를 유사한 방법으로 방사한다.

[표 9]

[실시예 11]

구리 분말[직경 10μ ; Fukuda Kinzokuhakufun Kogyo. KK에서 제조]과 목재 펄프[(NUKP), CSF 540ml]의 혼합물에 세단된 세균 생성-셀룰로오스를 가하고, 수득된 혼합물을 TAPPI 방법에 따라 종이로 제조한다. 또한, 비교용으로 구리 분말과 목재 펄프로부터 혼응지를 제조한다. 자동기록식 인장시험기를 사용하여 이들의 물리적 특성을 측정한다. 결과는 표 10에 수록되어 있다.

[표 10]

세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 사용함으로써, 구리 분말이 배출되지 않으며, 종이의 강도는 크게 증가된다. 통상적인 펄프의 경우, 구리 분말의 60% 이상이 배출된다.

[실시예 12]

목재 펄프[NUKP), CSF 540ml]에 세단된 세균 생성- 셀룰로오스(BC)를 첨가하고, 생성 혼합물을 TAPPI 방법에 따라 종이로 제조한다. 생성된 종이를 페놀 수지로 함침시키고 공기건조시킨다. 고온 압착가공하여, 페놀 수지 적층판을 제조한다. 또한, 비교용으로, 목재 펄프만으로 조성된 페놀 수지 적층판을 유사한 방법으로, 제조한다. 수득된 페놀 수지 적층판을 덤벨 모델 제1번(Dumbell Model No. 1 ; JIS K-7113)으로 성형하고, 자동기록식 인장 시험기로 이들의 물리적 특성을 측정한다. 결과는 표 11에 수록되어 있다.

[표 11]

세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 사용함으로써, 페놀수지 적층판의 강도가 크게 향상되었다.

[실시예 13]

실시예 1에서 사용된, 세균에 의해 생성된 겔상 셀룰로오스를 150℃에서 5kg/㎠에 압력하에 5분간 고온압착(Yoshida Kogyo KK에서 제조한 압착기를 사용)시켜 박판을 제조한다. 수득된 박판 위에 폴리에틸렌 아민 처리된 폴리에틸렌 필름을 320℃에서 적층시켜 적층 필름을 제조한다. 필름의 물리적 특성은 자동기록식 인장시험기를 사용하여 측정한다. 본실시예의 적층 필름은 탄성계수가 1.7GPa인 통상적인 셀로판-폴리에틸렌 적층 필름에 비하여 탄성계수가 16.2GPa로 크게 향상되었다.

[실시예 14]

실리콘 나이트라이드 및 실리콘 카바이드[길이 10μ ; Tateho Chemical Co., Ltd.에서 제조]에 세단된 세균에 의해 생성된 셀룰로오스(BC)를 가하고, 생성 혼합물을 TAPPI 방법에 따라 종이로 제조한다. 또한, 비교용으로, 목재 펄프(NUKP)와 미세원섬유 셀룰로오스[MFC, Daicei Chemical Co., Ltd.에서 제조]로부터 제조된 혼응지를 동일한 방법으로 처리한다. 이와 같이 하여 수득한 박판들의 물리적 특성은 자동기록식 인장 시험기로 측정한다. 결과는 표 12에 수록되어 있다.

[표 12]

세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 사용함으로써, 실리콘 나이트라이드와 실리콘 카바이드는 전혀 배출되지 않으나, 탄성계수는 크게 증진된다. 통상적인 펄프의 경우, 실리콘 나이트라이드와 실리콘 카바이드의 60% 이상이 배출된다. MFC의 경우, 대부분의 실리콘 나이트라이드와 실리콘 카바이드가 배출된다.

[실시예 15]

푸마르산 2g/㎗, 인산이수소칼륨 0.2g/㎗, 황산마그네슘 4수화물 1mg/㎗, 황산마그네슘 7수화물 1mg/㎗, 염화칼슘 0.05g/㎗, 효모 추출물(Difco) 1.0g/㎗ 및 펩톤(Di fco) 1.0g/㎗ 으로 조성되고 암모니아에 의해 pH 7.0으로 조절된 액체 배지 50ml 분취량을 500ml들이 사카구치(Sakaguchi) 플라스크에 충진시킨다.

1986년 10월 17일자로 KFCC에 국내 재기탁된 이. 콜리(E. Coli : KFCC-10286 ; ATCC 11775)을 백금이의 양으로 상기 배지에 접종한 다음, 30℃에서 24시간 동안 배양한다. 이어서, 세균을 통상적인 방법으로 원심분리하여 회수한다. 생리 식염수로 2회 세척한 다음, 세균을 이의 습윤 중량과 동일한 양의 생리 식염수에 현탁시킨다.

후술하는 방법에 따라, 젤라틴과 셀루로오스로부터 제조한 담체상에 세균을 고정시키려고 시도하였다. 고정화 방법으로서, 트랜스글루타미나제를 사용하는 방법[참조 : 일본국 특허원 제66,886/84호]을 사용한다. 젤라틴[Miyagi Kagaku에서 제조]과 세단된 셀룰로오스 물질을 표 13에 수록된 비율로 혼합한다. 수득된 혼합물에 세균을 3.5%의 양으로 첨가하고, 생성 혼합물을 일본국 특허원 제66,886/84호에 기술된 방법으로 겔화시킨다. 즉, 트랜스글루타미나제 1mg당 0.1단위를 첨가한다. 생성 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 정치시켜 겔화시킨다. 겔을 5㎣의 입방체로 절단하고, 반응 혼합물에 첨가하여 아스파르타제 활성을 시험한다. 반응 혼합물은 푸마르산 20g/㎗과 MgSO ₄ ·7H ₂ O 1mm를 함유하며, pH는 암모니아를 사용하여 8.5로 조절한다. 세균 고정 젤라틴을, 반응 혼합물의 총 양을 기준으로 하여 0.5%의 박테리아 농도를 반응 혼합물에 가한다. 반응은 1시간동안 수행한다. 닌히드린 비색측정(Ninhydrin colorimetry)으로 매 5분마다 아스파르트산의 농도를 정량분석하여 초기 반응속도를 측정한다. 반응 혼합물내로 배출되는 세균의 양은, 반응 개시로부터 30분 경과 후 집략 계산(Colony count)하여 측정한다. 결과는 표 13에 수록되어 있다.

[표 13]

초기 반응속도로부터 효소 활성을 측정한다. 효소 활성은 셀룰로오스 물질이 첨가되지 않은 경우를 100으로 하고, 이에 대한 상대치로 나타낸다. 추가로, 반응을 10회 반복한다. 결과는 표 14에 수록되어 있다.

[표 14]

셀룰로오스 물질을 혼입시킴으로써 박테리아의 배출을 방지하여 반복사용 후에도 활성을 유지시킬 수 있었다.

또한, 표 13에 수록된 것과 유사한 보강재 및 젤라틴으로 보충된 겔의 파단강도를 측정한다. 측정은 직경이 22cm인 실린더형 플라스틱 용기속에서 전술된 젤라틴 용액을 겔화시킨 다음, 이를 유동계[Fudo Kogyo KK, NRM 2022J]에 놓고, 직경이 5mm인 어답터를 겔에 직접 침지시켜 수득한 최대 하중을 파단강도로 하여 수행한다. 결과는 표 15에 수록되어 있다.

[표 15]

셀룰로오스 물질을 사용함으로써, 통상적인 보강재에 의한 것보다 훨씬 탁월한 보강효과를 수득하였다.

[실시예 16]

알긴산나트륨을 표 16에 따라 셀룰로오스 물질과 혼합하여 알긴산 겔에 대한 고정화를 수행한다. 이어서, 혼합물을 0.1M CaCl ₂ 용액에 적가하여 구슬 모양의 겔을 수득한다.

실시예 16에서와 동일한 반응조건하에 아스파르타제 반응을 수행한다. 배출된 세균의 수는 반응 혼합물을 교환하지 않고 30분 경과 후의 집락의 수로 측정한다. 결과는 표 16에 수록되어 있다.

[표 16]

전술된 반응용액을 매 15분마다 보충하고, 고정화된 담체의 반응을 총 4회 수행한다. 효소 활성은 아스파르트산의 농도를 매 3분마다 측정하여 이의 초기 속도로부터 산출한다. 결과는 표 17에 수록되어 있다. 아스파르타제 활성은 상대치로 수록되어 있으며, 셀룰로오스 물질을 첨가하지 않았을 때 처음 수득된 값을 100으로 한다. 결과는 표 17에 수록되어 있다.

[표 17]

셀룰로오스 물질을 보강재로서 사용한 결과, 고정화 담체를 반복적으로 사용하는 것이 가능하게 될 정도로 박테리아 배출이 방지되었으며, 통상적인 고정화 담체에 비해 강도가 높은 목재 펄프를 수득하였다.

[실시예 17]

인버타제(Invertase)를 하기의 방법으로 광가교결합성 수지에 고정화시킨다. 인버타제 1부와 인산염 완충액(pH 6.0)2부의 혼합물을 광가교결합성 수지용액(pH 6.0) 20부와 혼합시킨다. 생성 혼합물을 유리판 위에 도포한다. 1일간 공기 건조시킨 다음, 1시간 동안 광을 조사하여 가교결합 및 경화를 발생시킨다. 셀룰로오스 물질을 5%의 최종농도로 혼입시킨다.

고정화 막을 5×5mm의 크기로 절단하고, 설탕 4g의 용액 50ml중 40℃에서 24시간 동안 교반하면서 반응시켜, 설탕의 분해속도를 시험한다. 반응을 10회 반복한다. 또한, 파단응력과 탄성계수도 역시 측정한다.

결과는 표 18에 수록되어 있다.

[표 18]

셀룰로오스 물질을 막에 혼입시킴으로써, 고정화된 효소막의 강도를 나타내는 파단응력, 탄성계수 등을 물리적 특성이 크게 개선된다. 이러한 이유에서, 효소의 고정화는 용이하며, 셀룰로오스 물질을 사용하는 경우에 고정화에 소요되는 시간은 셀룰로오스 물질을 사용하지 않는 경우에 비해 75%로 단축된다.

[실시예 18]

설탕 5g/㎗, 효모 추출물 0.5g/㎗, 황산암모늄 0.5g/㎗, 인산수소칼륨(KH ₂ PO ₄ ) 0.3g/㎗ 및 황산마그네슘(MgSO ₄ ·7H ₂ O) 0.05g/㎗로 조성된 배지(pH 5.0) 50ml을 200ml들이 삼각 플라스크에 충진시킨다. 배지를 120℃에서 20분간 증기 멸균처리하여 배지를 제조한다.

이어서, 효모 추출물 0.5g/㎗, 펩톤 0.3g/㎗ 및 만니톨 2.5g/㎗로 조성된 시험관 사면 한천 배지(pH 6.0)에서 30℃에서 3일간 생장시킨 아세토박터 아세티 아종 크실리늄(KFCC-10285 ; ATCC 10821)을 1백금이의 양으로 상기 배양액에 접종시키고, 전술된 조건하에 30℃에서 30일간 배양하여, 박테리아에 의해 생성된 백색 셀룰로오스 다당을 함유하는 겔상막을 배양액의 상부층으로 수득한다. 수득된 셀롤로오스 다당의 겔상 막을 물로 세척하여 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 수득한다.

이와 같이 하여 수득한 세균에 의해 생성된 셀룰로오스 금속판 사이에 삽입하고 130℃에서 압착건조시켜, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스의 박판을 제조한다.

세균에 의해 생성된 셀룰로오스 박판의 물리적 특성을 진동 납 방법으로 측정한다. 표 19에 수록된 결과를 수득했다.

[표 19]

이어서, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스의 박판을 표피제(skin agent)로서 사용하여 종이 벌집을 제조한다. 6% 페놀에 침지시킨, 세포 크기가 3mm이고 두께 2.8mm인 코어를 사용한다.

종이 벌집을 진동판으로서 사용하여 60㎟의 편평한 스피커(Speaker)를 제조한다. 이것을 샘플 1로 지정한다.

비교용으로, 표피제로서 크래프트 종이를 사용하고 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 코어를 사용하여 종이 벌집을 제조한다. 이렇게 하여 제조한 종이 벌집을 진동판으로서 사용하여, 샘플 1에서와 유사한 방법으로 편평한 스피커를 제조하고, 이를 비교용 샘플 1로 지정한다. 여기에서 사용하는 크래프트 종이의 물리적 특성은 표 20에 수록되어 있다.

[표 20]

샘플 1과 비교용 샘플 1의 주파수 특성을 측정한다. 결과는 제3도에 도시되어 있다.

제3도로부터, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스 박판을 표피제로서 사용하는 샘플 1의 경우, 높은 밴드의 재생 개시 주파수(reproducing threshold frequency)가 높은 주파수 밴드로 이동하는 동시에 이러한 피크가 작아지게 되며, 따라서 재생 주파수 밴드가 크게 확장된다는 사실을 알 수 있다.

[실시예 19]

전술한 실시예에서 제조한, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 세단기 속에서 세단시킨다. 4%(고체 함량비율)의 로진 사이즈와 4%(고체 함량 비율)의 황산알루미늄을 사이즈제(sizing agent)로서 첨가한 후에, 통상적인 제지방법으로 콘페이퍼(Cone paper)를 제조한다. 콘 페이퍼의 물리적 특성은 진동 납 방법으로 측정한다. 표 21에 수록된 결과를 수득했다.

[표 21]

이어서, 상기에서 제조한 콘 페이퍼를 사용하여 직경이 12cm인 완전 음역 스피커 유니트를 제조하고, 이를 샘플 2로 지정한다.

비교용으로, 통상적인 크래프트 펄프로부터 제조한 콘 페이퍼를 사용하여 샘플 2에서와 유사한 방법으로 완전 음역 스피커 유니트를 제조하고, 이를 비교용 샘플 2로 지정한다. 콘 페이퍼의 물리적 특성은 표 22에 수록되어 있다.

[표 22]

샘플 2와 비교용 샘플 2의 주파수 특성을 측정한다. 결과는제4도에 도시되어 있다.

제4도로부터, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 함유하는 콘 페이퍼로부터 제조한 샘플2의 경우, 높은 밴드의 재생 개시 주파수가 고주파수로 이동하고 재생 주파수 밴드가 확장되었음을 알 수 있다.

[실시예 20]

통상적인 콘 페이퍼의 제조에 사용하는 목재 펄프의 일부(5 내지 15%의 양)를 표 23에 수록된 바와 같이 실시예 18에서 수득된, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 교체하고, TAPPI 방법에 따라 종이를 제조한다. 이에 의해, 콘 페이퍼(샘플 3 및 4)를 수득한다. 목재 펄프로서는 NUSP(여수도, 570ml, CSf)를 사용하고, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스는 세단시켜 사용한다. 또한, 목재 펄프만을 사용하여 제지방법으로 콘 페이퍼를 제조하고, 이를 비교용 샘플 3으로 지정한다.

이들 샘플의 물리적 특성을 진동 납 방법으로 측정한다. 결과는 표 23에 수록되어 있다.

[표 23]

표 23으로부터, 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 사용함으로써, 내부 손실을 유지시키면서도 강도가 개선된다는 것을 알 수 있다.

본 실시예와 실시예 18 및 19에서 입증되는 바와 같이, 본 발명의 음향 진동판에 세균에 의해 생성된 셀룰로오스를 적어도 셀룰로오스 섬유의 일부로서 사용함으로써, 강도가 상당히 높고 재생 주파수 밴드가 확장된 종이 진동판을 수득할 수 있다.

더우기, 본 발명의 진동판의 경우에 있어서는, 비셀룰로오스 물질(이는 수소결합을 형성할 수 없다)을 사용할 필요가 없으므로, 내부 손실의 감소, 음질에 있어서의 불협화 감도 등의 문제점이 존재하지 않는다.