[논문]환경 조건에 따른 셀룰로스계 섬유의 생분해성 - 토양 수분율을 중심으로 -

강연경; 박정희

[국내논문] 환경 조건에 따른 셀룰로스계 섬유의 생분해성 - 토양 수분율을 중심으로 -
Effect of Environmental Conditions on the Biodegradation of Cellulose Fibers - Effect of Humidity in Soil - 원문보기

한국의류학회지 = Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles, v.29 no.7 = no.144, 2005년, pp.1027 - 1036

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Based on the correlation analysis result of preceding research, the biodegradabilities of cellulose fibers were closely related to the moisture regain of the samples, which reflects the hydrophilicity and internal structure of the fibers. In addition to this factor, it was expected that the biodegradation conditions influence the biodegradability of fibers. In this study, widely used cellulose fibers including cotton, rayon, and acetate were used. The biodegradabilities of cellulose fibers were measured by soilburial test, and then the degradation behaviors based on each condition were compared. Moreover, the effects of degradation conditions such as humidity of the soil were investigated. Changes in the internal structure of samples were also observed by X-ray analysis according to the soil burial time. It was shown that humidity of soil facilitated the degradation of cotton, rayon, and acetate fibers, showing higher degradation rate with higher humidity in soil. This effect was shown to be much greater in the fibers of high moisture regain such as cotton and rayon. In respect of microstructure change, crystallinities and their crystal size of fibers decreased remarkably in the soil of higher humidity. It was revealed that degradation of crystalline area was more dependent on the soil humidity than that of amorphous area.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 선행연구의 결과를 바탕으로 본 연구에서는 생분해 환경 내의 수분량이 섬유의 생분해 결과에 상당한 영향을 미치는 환경 요소가 될 것으로 예상하였다. 따라서 토양의 수분율을 조절한 토양 매립 생 분해 실험을 통하여 생분해 환경 요소 중 토양 수분율이 셀룰로스계 섬유의 생분해성에 미치는 영향을 알아보고, 생분해에 적합한 토양 수분율 조건에 대해서 고찰하고자 하였다.
본 연구에서는 생분해 환경 내의 수분량이 섬유의 생분해 결과에 상당한 영향을 미치는 환경 요소가 될 것으로 예상하고, 토양의 수분율을 조절한 매립 생분해 실험을 통하여 생분해 환경 요소 중 토양 수분율이 셀룰로스계 섬유의 생분해성에 미치는 영향을 알아보고, 생분해에 적합한 토양 조건에 대해서 고찰하였다.
이러한 선행연구의 결과를 바탕으로 본 연구에서는 생분해 환경 내의 수분량이 섬유의 생분해 결과에 상당한 영향을 미치는 환경 요소가 될 것으로 예상하였다. 따라서 토양의 수분율을 조절한 토양 매립 생 분해 실험을 통하여 생분해 환경 요소 중 토양 수분율이 셀룰로스계 섬유의 생분해성에 미치는 영향을 알아보고, 생분해에 적합한 토양 수분율 조건에 대해서 고찰하고자 하였다.

제안 방법

생분해 시간 경과에 따른 시료의 무게 감소를 측정하여 생분해도를 계산하였다. 일정 기간동안 분해 후 시료를 꺼내어 증류수로 가볍게 세척하고 오븐에서 완전 건조시킨 시료의 무게를 측정하였다.
토양은 서울대학교 교내에서 채취한 것을 사용하였다. 생분해 환경 조건으로 상온의 상태에서 매립 토양 내 수분율을 변화시켰으 며, 이에 의해 달라지는 생분해성 결과를 측정하였다. 실험에 사용된 토양은 실험 조별로 공급하는 수분량을 각각 다르게 하여 토양 무게의 최소 10% 이하 ~ 최대 50% 이상의 수분율 분포를 갖도록 조절하였다.
일정 기간동안 분해 후 시료를 꺼내어 증류수로 가볍게 세척하고 건조시킨 후, KS K 0520의 ravelled strip method에 따라 crosshead speed 10cm/min, 하중 5Okg인 조건에서, Instron(Universal Testing Instrument, Table Model 1130)을 사용하여 토양매립전, 후의 시료의 절단강도를 측정하였다. 생분해도는 인장 강도 저하율로써 평가하였다.
생분해전, 후 시료의 내부 구조의 변화를 알아보기 위해 X-ray Diffractometer(M 18XHF-SRA, Mac Science Co.)를 사용하여 시료의 회절 패턴을 얻어내었다. 얻어진 회절 패턴을 이용하여 생분해 전과 생분해 시간 경과에 따른 결정화도를 각각 계산하여 생분해시 시료 내부에서 일어나는 구조의 변화를 관찰하였다.
생분해전, 후의 시료 표면 구조의 변화와 전체 외관 변화를 비디오 마이크로스코프 시스템(iCamscope, Sometech, 300배율)과 디지털 카메라(Digimax, S.E.C.)를 사용하여 관찰하였다.
생분해 환경 조건으로 상온의 상태에서 매립 토양 내 수분율을 변화시켰으 며, 이에 의해 달라지는 생분해성 결과를 측정하였다. 실험에 사용된 토양은 실험 조별로 공급하는 수분량을 각각 다르게 하여 토양 무게의 최소 10% 이하 ~ 최대 50% 이상의 수분율 분포를 갖도록 조절하였다. 실험에 사용된 토양이 AATCC technical method 30-1993에 제시된 적정 수분율인 25±5%를 유지하기 위해서는 매일 약 150ml의 수분 공급이 필요하였다.
)를 사용하여 시료의 회절 패턴을 얻어내었다. 얻어진 회절 패턴을 이용하여 생분해 전과 생분해 시간 경과에 따른 결정화도를 각각 계산하여 생분해시 시료 내부에서 일어나는 구조의 변화를 관찰하였다.
일정 기간동안 분해 후 시료를 꺼내어 증류수로 가볍게 세척하고 건조시킨 후, KS K 0520의 ravelled strip method에 따라 crosshead speed 10cm/min, 하중 5Okg인 조건에서, Instron(Universal Testing Instrument, Table Model 1130)을 사용하여 토양매립전, 후의 시료의 절단강도를 측정하였다. 생분해도는 인장 강도 저하율로써 평가하였다.
생분해 시간 경과에 따른 시료의 무게 감소를 측정하여 생분해도를 계산하였다. 일정 기간동안 분해 후 시료를 꺼내어 증류수로 가볍게 세척하고 오븐에서 완전 건조시킨 시료의 무게를 측정하였다. 무게 감소에 의한 분해도는 다음의 식을 이용하여 계산하였다.

대상 데이터

주 성분이 셀룰로스계이면서 결정화도와 수분율이 각각 상이한 섬유인면, 레이온, 아세테이트 표준 시험포를 시료로 사용하였다. 시료의 자세한 특성은 [Table 1]에 나타내었다.
시료의 생분해성 측정 방법은 AATCC technical method 30-1993에 제시된 실험 방법을 참고한 토양매립법 (Soil Burial Test)을 사용하였다. 토양은 서울대학교 교내에서 채취한 것을 사용하였다. 생분해 환경 조건으로 상온의 상태에서 매립 토양 내 수분율을 변화시켰으 며, 이에 의해 달라지는 생분해성 결과를 측정하였다.

이론/모형

시료의 생분해성 측정 방법은 AATCC technical method 30-1993에 제시된 실험 방법을 참고한 토양매립법 (Soil Burial Test)을 사용하였다. 토양은 서울대학교 교내에서 채취한 것을 사용하였다.

성능/효과

1. 전반적으로 시료가 매립된 토양의 수분율이 높 을수록 생분해성은 높게 나타났다.
2. 토양 내 수분의 영향에 의한 생분해성은 수분율이 높은 친수성 시료인 면과 레이온에서 더욱 두드러지게 촉진 되었다.
3. 소수성인 아세테이트 시료는 토양 수분율이 높을 때 인장 강도 저하율이 다소 증가되는 경향을 보 였으나 무게 변화로 본 전체적인 시료의 분해 정도에서는 토양 수분율의 영향이 거의 나타나지 않았다.
4. 면의 내부 구조 분석 결과, 분해 초기에 비결정 영역이 먼저 침해되면서 결정화도가 다소 상승하다가 분해가 진행될수록 결정 영역까지 침해를 받으면서 결정화도가 점차 줄어드는 경향을 나타내었다.
, 2004)의 결과에서도 볼 수 있었듯이, 아세테이트는 친수기가 적어 면이나 레이온에 비해 생분해가 잘 일어나지 않는 시료이다. 그러나 본 실험 결과에서 토양 내 수분이 많은 실험조 E300와 D200의 시료에서 강도 저하가 더 빨리 일어나 토양 수분율이 높은 경우 아세테이트의 생분해 거동도 영향을 받는 것으로 사료된다.
이상으로, 생분해 토양의 수분율은 시료의 생분해성을 원활하게 평가할 수 있는 25±5%가 적절한 수 분율인 것을 확인하였다. 그리고 토양 수분율은 시료의 생분해 속도와 생분해 정도를 좌우하는 요소로서, 매립 토양의 수분율에 따라 비결정 영역에서부터 시작된 생분해가 결정영역까지 확장되는 시점이 달라지는 것을 알 수 있었다.
A0 토양의 시료는 인장 강도가 거의 소실되는 20일 이후에도 결정 피크의 높이가 거의 유지되었다. 따라서 A0의 시료는 분해가 일어나더라도 결정의 양과 크기가 크게 변화하지 않은 것을 알 수 있었다. 반면 토양 내의 수분율이 커질수록 분해시일이 지남에 따라 결정 피크의 강도가 낮아지며 피크 자체가 완만하게 되는데, 이는 결정 양이 줄어드는 것 뿐 아니라 결정 크기가 작아지는 것이 회절곡선에 반영되었다고 할 수 있다(홍성권, 1996).
레이온 역시 면과 유사한 결과를 나타내지만 면보다 결정화도가 낮으므로 분해가 더욱 빠르게 일어나 는 것을 관찰할 수 있었다.
3]은 레이온 시료의 토양 수분율 변화에 따른 생분해성 평가 결과이다. 레이온의 생분해성 측정 결과는 면과 유사하여, 전체적으로 모든 시료에서 생분해가 잘 일어나며 수분율이 낮은 실험조의 시료일수록 생분해 속도가 다소 느리게 나타났다. 면과 레이온 시료의 생분해 결과를 통해 무게 감소가 크지 않은 생분해 초기에는 인장 강도 감소율이 시료의 생분해성을 나타내는데 더욱 민감한 척도로 사용될 수 있지만 인장 강도 감소가 100%에 도달한 분해 후기의 경우 무게 감소율이 생분해성 측정에 더욱 변별력 있는 척도로 사용될 수 있음을 알 수 있었다.
6]는 디지털 사진을 통한 시료의 외관 변화를 나타낸 것이다. 면 시료의 외관 변화에서는 인장 강도나 실험 토양의 수분율에 따른 차이가 X-ray 데이터에 서보다 현저하게 나타났다. 수분이 부족한 A0의 경우 인장 강도 소실률 결과에 비해 외관 변화는 거의 없었으며 두께가 얇아지거나 황변 현상이 나타났다.
레이온의 생분해성 측정 결과는 면과 유사하여, 전체적으로 모든 시료에서 생분해가 잘 일어나며 수분율이 낮은 실험조의 시료일수록 생분해 속도가 다소 느리게 나타났다. 면과 레이온 시료의 생분해 결과를 통해 무게 감소가 크지 않은 생분해 초기에는 인장 강도 감소율이 시료의 생분해성을 나타내는데 더욱 민감한 척도로 사용될 수 있지만 인장 강도 감소가 100%에 도달한 분해 후기의 경우 무게 감소율이 생분해성 측정에 더욱 변별력 있는 척도로 사용될 수 있음을 알 수 있었다.
2(B)). 실제 시료는 실험조 E300에서는 거의 형체를 찾아보기 힘들 정도로 분해되었지만 A0와 B50의 시료는 무게 감소율은 크지 않은 채로 인장 강도만 줄어드는 경향을 보여 AATCC technical method 30-1993에 제시된 적정 토양 수분율(25±5%)보다 수분이 부족한 경우 전체적인 분해가 상당히 느려짐을 알 수 있었다.
아세테이트 시료는 시일 경과에 따라 시료의 두께 및 탄력이 떨어지고 광택 감소와 황변이 일어났으며, 수분이 과잉 공급된 실험조일수록 이러한 변화가 더욱 가시적으로 나타났다. 이는 소수성 섬유인 아세테이트에서도 토양 수분율에 영향을 받아 토양 수분율이 높을수록 생분해가 촉진되는 것으로 볼 수 있다.
B50와 D200의 결과는 각각 A0와 E300의 결과와 유사하였다. 이 실험에서 약 12~16일 경까지 시료의 강도 변화가 크지 않다가 그 이후로 갑자기 강도 저하가 커지는 현상이 나타났다. 선행연구(Park, et al.
이상으로, 생분해 토양의 수분율은 시료의 생분해성을 원활하게 평가할 수 있는 25±5%가 적절한 수 분율인 것을 확인하였다. 그리고 토양 수분율은 시료의 생분해 속도와 생분해 정도를 좌우하는 요소로서, 매립 토양의 수분율에 따라 비결정 영역에서부터 시작된 생분해가 결정영역까지 확장되는 시점이 달라지는 것을 알 수 있었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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