합성세제 존재하에서 키토산 첨가에 따른 Thionin 염료의 회합효과에 관한 연구

김성현, 나재운*, 오정선**,송기동**, 홍진후***

광주·전남지방 중소기업청, *순천대학교 고분자공학과, **조선대학교 화학과  ***조선대학교 고분자공학과

Effect of Aggregation on Chitosan of Thionin Dye in the Presence of Detergents

Sung-Hyun Kim, Jae-Woon Nah*, Jeong-Sun Oh**, Ki-Dong Song**, and Jin-Who Hong***

Regional Office of Kwangju-Chonnam Small and Medium Business,

Kwangju 502-200, Korea

*Dept. of Polymer Science and Engineering, Sunchon National University,

Chonnam, 540-742, Korea

**Dept of Chemistry, Chosun Univ., Kwangju 501-759, Korea

***Dept. of Polymer Science and Engineering,Chosun Univ., Kwangju 501-759, Korea

1. 서 론

계면활성제는 친수성기와 소수성기를 동시에 갖는 물리적 성질을 갖고 있으므로 임계미셀농도(critical micelle concentration) 이하 및 이상에서 구조적 특성에 따라 염료와 상호작용하여 다분자 회합체를 형성한다[1-4]. 염료는 sodium dodecyl sulfate(SDS)의 존재하에서 염료-계면활성제계의 착화합물 형성이나 에너지 전이 등 중요한 관심의 대상이 되고 있다[5,6]. 천연 고분자인 chitosan은  cellulose와 유사한 구조를 가진 다당류로서 환경, 의료, 섬유 및 식료품 등 많은 분야에 응용되고 있다. Chitosan은 acid yellow 염료와의 상호작용으로 metachromasy 현상이 일어난다고 알려져 있다[7]. Chitosan 및 chitosan 유도체는 반대 하전을 가진 염료에 대해  흡착 능력이 뛰어나 염료의 폐수처리제로 응용되기도 한다[8].

본 연구에서는 methachromasy 현상을 나타내는 Thionin(Th) 염료의 회합효과를 알아보기 위하여 가정에서 가장 많이 사용되고 있는 6개 회사의 합성세제를 택하여 합성세제의 농도에 따른 Th 염료의 회합효과를 알아보았다. 그리고 Th-detergent계내에서 chitosan 첨가효과와 Th-detergent-chitosan계내에서 다분자 회합체에 영향을 주는 무기염(NaCl)의 첨가효과를 조사해 보았다.

2. 실 험

2.1. 시약 및 기기

일반 시중에서 판매되고 있는 합성세제는 약알칼리성 제1종인 LG화학(주)의 슈퍼타이, 동산 C & G의 바이오 센, 럭키(주)의 한스푼, 애경산업(주)의 스파크, (주)태평양의 빨래박사 그리고 sodium dodecyl sulfate(SDS)는 Sigma사의 제품을 사용하였다. 양이온성 염료인 Thionin은 Aldridich 사의 제품을 정제 없이 사용하였고, chitosan은 chitin을 탈아세틸화시켜 합성하였다. 흡수 스펙트럼은 Beckman UV/VIS DU-68 spectrometer를 사용하였다. 그리고 chitosan의 구조를 확인하기 위하여 사용된 적외선 스펙트럼은 Bruker IFS 66 FT-IR spectrophotometer를 사용하였고, 원소분석은 Carlo Eabar 1108 CHON-S analyzer를 사용하였다.

2.2. Chitosan의 제조

게껍질을 Hackman 방법[9]에 의하여 chitin을 제조한 후, chitin 분말 60g를 47% NaOH 60mL 수용액으로 110℃에서 1시간동안 탈아세틸화 반응을 거처 4회 반복하여 chitosan을 제조하였다. Chitosan의 분자량은 25.0±0.05℃ 항온조에서 각각 Cannon-Fenske형 모세관 점도계(Kimax No. 100)를 이용하여 모세관을 통과한 시간을 측정, 고유점도[□]를 계산하여 chitosan의 평균 분자량을 계산하였고[10], 탈아세틸화도는 Tholuidine blue 지시약을 이용하여  구하였다[11].

2.3. 용액 제조

Th의 저장용액은 1.0×10-3M으로 조제하였고, Th는 장시간 보관할 경우 흡광도가 떨어지므로 제조 후 3일 이내에 사용하였다. Chitosan의 저장용액은 무수 초산에 0.7%(v/v)로 용해하여 조제하였고, detergent의 포화용액은 0.25g/250mL를 조제하여 사용하였다. 한편, Th-detergent계의 용액은 Th의 농도가 일정한 조건하에서 원하는 detergent의 포화용액의 농도에 따라 조제하였다. 그리고 chitosan이 첨가된 Th-detergent-chitosan계의 용액은 Th 및 chitosan의 저장용액을 각각 일정량씩 micropipet으로 취하여 용량 플라스크에 넣고, 여기에 원하는 detergent의 포화용액의 농도에 따라 제조하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1.Th-detergent계내에서 chitosan 첨가효과

Fig 1에 나타난 바와 같이 Th 염료에 detergent를 첨가한 Th-detergent계 내에서 detergent의 포화용액을 1.0 mL까지 증가시키면, 단위체의 흡광도는 계속 감소함을 알 수 있다. 이러한 것은 oligomer라고 일컫는 새로운 다분자 회합체인 □-band의 출현으로 Th-detergent salt를 형성하며 색의 변화를 관찰할 수 있다. 이와 같이 일반 시중에 판매되는 detergent들은 Th 염료와 상호작용하여 이합체보다 더 높은 다분자 회합체를 형성하여 metachromasy 현상이 일어남을 알 수 있었다.

한편, Th 염료에 chitosan을 첨가하면, Th-chitosan계의 흡광도가 약간씩 증가하거나 혹은 거의 일정한 경향을 알 수 있었다. 이것은 chitosan과 Th 분자 사이의 정전기적 반발력에 의하여 Th분자들이 단위체 상태로 존재한다고 생각된다.

Fig. 1. Absorbance of Th-detergent              Fig. 2. Absorbance of Th-detergent

systems with various saturated           -chitosan  systems  with  various

solution(0.25g/250mL) of detergents           satueated solution(0.25g/250mL) of

at 598nm. [Th]=1.0×10-5M.                  detergents at 598nm.[Th]=1.0×10-5M,

[chitosan]=1.0×10-5M.

Fig. 2에 나타난 바와 같이 Th-detergent계에 chitosan을 첨가한 결과,  Super Ti, Bio Sun, Spark 및 Pallae Doctor 등의 흡광도는 거의 일정하거나 약간 감소한 경향을 볼 수 있다. 이러한 것은 Th-detergent-chitosan계의 다분자 회합체가 점차 사라지면서 단위체 상태로 존재하기 때문이라고 볼 수 있다. Han Spoon의 흡광도는 이들의 detergent보다 더 감소함으로써 고급 알콜계 계면활성제보다 음이온 계면활성제가 다소 많이 함유되어 있는 것으로 사료된다. SDS를 첨가한 Th-SDS-chitosan계의 흡광도는 Th-detergent-chitosan계보다 훨씬 더 감소함을 알 수 있었다. 이러한 것은 음이온 계면활성제에 의해 Th-detergent-chitosan salt를 더욱 촉진시키기 때문이라 생각된다.

3.2. Th-detergent-chitosan계내에서 무기염 첨가효과

Th-detergent계에 무기염을 첨가한 결과, Th의 단위체가 약간 증가함을 알 수 있었다. 이것은 다분자 회합체내에 결합된 Th와 detergent 사이의 회합이 점차 감소하는 까닭이며, 무기염의 첨가로 계면활성제의 회합을 촉진시켜 미셀을 더욱 용이하게 함으로써 Th와 detergent 사이의 회합을 변화시키기 때문이라고 생각된다. 그러나 Th-detergent-chitosan계에 무기염을 첨가한 경우, Th-detergent-chitosan계의 흡광도가	Th-detergent계보다 훨씬 증가함에 따라 염의 첨가로 다분자 회합체를 파괴시키기 때문이라 생각된다.

Th-detergent-chitosan계의 흡광도는	Th-detergent계보다 훨씬 증가하여 염의 첨가로 다분자 회합체를 더욱 파괴시키기 때문이라 볼 수 있다.

4. 결 론

본 연구에서는 6개 회사의 합성세제를 택하여 Th-detergent 및 Th-chitosan계의 흡수 spectra를 조사하였고, Th-detergent계내에서 chitosan 참가효과 및 Th-detergent-chitosan계내에서 무기염 첨가에 따른 회합효과는 다음과 같은 결론을 얻었다.

Th 염료에 detergent를 첨가함에 따라 oligomer라고 일컫는 새로운 다분자 회합체의 형성으로 metachromasy 현상이 일어남을 알 수 있었다. Th 염료에 chitosan을 첨가함으로써 Th-chitosan계의 흡광도가 증가하거나 혹은 거의 일정한 경향을 알 수 있었다. 그러나 Th-detergent계에 키토산을 첨가한 Th-detergent-chitosan계의 흡광도는 Th-chitosan계보다 훨씬 더 감소함으로써 다분자 회합체가 음이온 계면활성세제에 의해 크게 좌우된 것다는 것을 알 수 있었다. 한편, Th-detergent-chitosan계에 무기염을 첨가한 경우, Th-detergent

-chitosan계의 흡광도가	Th-detergent계보다 훨씬 증가함에 따라 염의 첨가로 다분자 회합체를 파괴시키기 때문이라 생각된다.

5. 참고문헌

1. Evans, E.: J. Phys. Chem, 91, 4219(1989).

2. Rosen, M. J.: Surfactants and Interfacial Phenomena; 2nd Ed.;

Wiley-Interscience: New York, 1988; pp. 108.

3. Myers, D.: Surface, Interface, and Colloids; VCH Publishers Inc:

New York, 1991; pp.299.

4. Abe. M., Kasuya, T., Ogino, K.: Colloid & Polymer Science, 266,         156(1988).

5. Sato, H., Kawasaki, M., Kasatani, K.: J. Phys. Chem., 87, 3759(1983)

6. Sato, H., Kusumoto, Y., Nakashima, N., Yoshihara, K.: Chem. Phys.

Letters, , 71, 326(1980).

7. Gummow, B. D., Roberts, G. A. F.: Markromol. Chem., Rapid Commun,

6, 381(1985).

8. Kim, C. H., Jung, B. O., Choi, K. S., Kim, J. J.: J. of Kor. Ind. &

Eng. Chem., 7, 118(1996).

9. Hackman, R. H.: J. Bio. Sci.(Austr.), 7, 168(1954).

10. Rutherford Ⅲ, F. A., Austin, P. R.:	Chitin/Chitosan; Proc. 1st;

Int'l Conf.: Held in Bostone, 1978; pp. 182.

11. Maeda, M., Murakami, H., Ohta, H., Tajima, M.: Biotech. Biochem.,

56, 427(1992).