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문제 정의
- 본 연구에서는 정균감소법을 이용한 kumazasa염색물의 항균성을 측정하기 위하여 무매염염색한 직물과 화학매염제인 Al매염한 염직물 그리고 0.5% chitosan매염 처리한 염직물에 대해 비교하였으며, 그 결과는 Table 6과 같다. 그람양성 세균인 staphylococcus aureus 균주로 시험한 것이며 chitosan 매염된 직물은 항균성 8%의 균 감소율을 나타낸 반면, 합성매염처리 직물은 43.
- 본 연구에서는 화학매염제와 천연매염제인 chitosan을 사용하여 대나무과인 일본산 kumazasa 추출물에 대한 green염색성과 항균성을 알아보기 위하여 각각 무매염과 Al, Sn, Fe 매염, chitosan농도 0.1%, 0.5%, 0.7% 조건하에서 염색을 실시하였다.
- Chlorophyll 함유량이 많은 녹색식물은 일반적으로 염료의 불용성으로 인해 염색이 불가능하지만 염료성분의 인체 유효성이 인체에 미치는 긍정적인 영향11) 때문에 섬유에의 시도가 이루어지고 있다. 이와 같이 천연염료의 사용은 환경친화적 염색공정의 하나로 인식되고 건강차원에서도 그 중요성이 점차 증대됨에 따라, 천연녹색계열의 색상발현을 위해 자연 상태에서 채취한 염재와 천연매염제를 사용하여 염색한 직물과 화학매염제와 천연매염제인 chitosan을 사용하여 염색을 한 경우, 진정한 의미의 천연염색에서 기대되는 항균성과 물성을 평가하고자 한다.
제안 방법
- CCM(Computer color matching, X-rite 8200, X-Rite co. USA)을 사용하여 미처리 및 염색 후직물의 각 파장대의 반사율을 측정한 후, 최대 흡수파장에서의 표면반사율로부터 다음의 Kubellka-Munk식에 따라 겉보기 염착농도(K/S)를 구하였다.
- Chitosan 매염처리한 직물의 부착정도를 확인하기 위하여 중량감소가 없을 때 까지 완전히 건조 후, chitosan 처리 전·후의 중량을 측정하여 다음 식에 의해 add-on 율을 구하였다.
- Padding된 시료는 130℃(Lab. Tenter, (주)대림)의 온도에서 60초간 열처리하였다. 합성매염제와 천연매염제 매염과정을 Table 1에, 염색 전 직물의 다양한 매염처리 조건을 Table 2에 나타내었다.
- 매염욕의 온도가 30℃가 될 때까지 방냉했다가 증류수로 충분히 수세하여 건조시켰다. chitosan 에 의한 천연매염처리는 chitosan을 1%(w/w) 농도의 젖산수용액에 충분히 용해시켜 불용분은여과하여 제거하고 각 0.1%, 0.5%, 1% 농도의 chitosan-젖산수용액을 제조한 다음, Pad-DryCure(PDC) 처리하였다.
- 먼저 합성매염제에 의한 매염으로 Al, Sn, Fe 3종의 매염제로 각각 1%(o.w.f) 농도의 매염액을 제조하였다. 욕비는 1 : 80으로 조절하고 매염액 온도가 40℃에 도달되면 직물을 침지시켰다.
- 면직물을 제조된 chitosan-젖산수용액에 24시간 동안 충분히 침지시킨 후, mangle을 사용하여 wet pick-up율이 110%가 되도록 조절하였다. Padding된 시료는 130℃(Lab.
- 사용된 균주는 그람양성균인 포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 그람음성균인 폐렴균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)으로 접종균의 농도는 각각 1.1×105개/㎖와 0.5×105개/㎖이 며, 표준증식 조건에서 32배 및 38배 증식을 한 후, 대조편인 면직물과 비교하였다.
- 선매염 용액인 chitosan-초산수용액에 면직물을 충분히 침지시킨 후, 과량의 용액을 제거하기 위해 mangle로 압착한 다음, 열처리하여 고화하였다. Chitosan 매염 후 중량변화가 없을 때까지 충분히 건조시킨 다음, 건조무게를 측정하고 add-on율을 계산하여 평균한 값을 Table 3에 나타내었다.
- 세탁견뢰도 평가는 가정용 세탁기에서 일반세제를 사용하여 표준세탁조건으로 1, 5, 10, 15회 세탁한 후 미처리, 화학 매염제 처리직물, chitosan 처리한 면직물 각각에 대한 겉보기 염착량(K/S) 및 색차(ΔE)를 통해 평가하였다.
대상 데이터
- 화학매염제로는 Aluminium Potassium Sulfate(AlK(SO4)2·12H2O), Stannous Chloride(SnCl2·2H2O) Ferric Sulfate(FeSO4·7H2O)를 덕산화학에서 구입한 1급 시약을 정제 없이 사용하였다. 또한 본 연구에서 천연매염제로 사용된 chitosan은 점도 11.8cp, 탈아세틸화도 83%의 등급으로 (주)태훈바이오에서 구입하였으며, chitosan을 1% 젖산수용액에 용해하여 사용하였다. 그 외 methanol, 비이온계면활성제(0.
- 본 연구에서 사용된 직물은 KS K 0905(1995)에 규정된 정련·표백된 표준 면 백포(plain weave, 29×29㎠, 100g/㎟ weight, 0.25㎜ thickness)로 한국의류시험연구원(KATRI)에서 구입하였으며, 5%의 양이온 계면활성제와 0.5% NaOH로 전처리 한 후 염색에 사용하였다.
- 염재로 사용된 kumazasa는 건조된 녹색잎을 일본에서 공급받은 것으로 충분히 건조시킨 후 적당한 크기로 잘라서 사용하였다. 화학매염제로는 Aluminium Potassium Sulfate(AlK(SO4)2·12H2O), Stannous Chloride(SnCl2·2H2O) Ferric Sulfate(FeSO4·7H2O)를 덕산화학에서 구입한 1급 시약을 정제 없이 사용하였다.
- 이러한 자연염료를 이용한 염색공정상의 여러 가지 여건을 감안하여 본 연구에서는 자연 식물 중에서 면역활성, 상처치유, 혈액정화, 해독, 소취, 항알러지효과 등9,10) 인체에 매우 유익한 것으로 알려진 얼룩조릿대(Sasa veitchii), 일본에서는 kumazasa라고 불리는 대나무과 식물을 염재로 선택하였다. Chlorophyll 함유량이 많은 녹색식물은 일반적으로 염료의 불용성으로 인해 염색이 불가능하지만 염료성분의 인체 유효성이 인체에 미치는 긍정적인 영향11) 때문에 섬유에의 시도가 이루어지고 있다.
- 화학매염제로는 Aluminium Potassium Sulfate(AlK(SO4)2·12H2O), Stannous Chloride(SnCl2·2H2O) Ferric Sulfate(FeSO4·7H2O)를 덕산화학에서 구입한 1급 시약을 정제 없이 사용하였다.
이론/모형
- Kumazasa 염색한 직물의 항균성을 알아보기 위하여 KS K 0693-2001에 의한 직물의 항균성 시험 방법인 정균감소법에 따라 시험하였다. 사용된 균주는 그람양성균인 포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 그람음성균인 폐렴균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)으로 접종균의 농도는 각각 1.
- 염색된 직물의 L*(whiteness), a*(redness), b*(yellowness)를 근거로 한 색채변화는 염색하지 않은 백포를 기준으로 매염제를 사용한 시료와 사용하지 않은 시료의 색차(∆E)값으로 나타내며, 다음의 CIELAB 2000식으로부터 각각 그 값을 계산하여 구하였다.
- 일광견뢰도는 ISO 105 B02 시험방법에 준하여 가로×세로 6cm의 시험포를 Weather-Ometer(Atlas Co. Ltd. USA)를 사용하여 표준 퇴색시간 동안 광조사하였다.
성능/효과
- K/S값의 측정결과 무매염 면직물은 염착량이낮았으나, 매염처리에 의해 값이 증가하였으며 매염제 종류에 따라 색차도 달랐지만, 대체로 bluish-green에서 yellow-green으로 변색이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 chitosan매염 처리 직물은 농도가 짙을수록 진한 색상을 얻을 수 있었다.
- Kumazasa 추출물로 염색한 직물의 색상을 육안으로 측정한 결과, 대체로 yellow-green에 가까운 색상을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이는 동종의 대나무식물인 한국의 제주조릿대의 염색결과가 같은 면직물에 대해 greenish yellow, 모직물에 대해서는 reddish yellow로 염색된 결과와 매우 일치함을 알 수 있다14).
- △E에 의한 세탁견뢰도는 세탁횟수가 증가될수록 화학매염제 처리직물 및 chitosan처리 직물 모두 점차 감소하는 것을 알 수 있고, 합성 매염 처리한 직물과 비교해서 chitosan 매염직물의 경우 불규칙한 변화를 나타낸다. 또한 발색성이 우수하였던 chitosan 0.
- 5% chitosan매염 처리한 염직물에 대해 비교하였으며, 그 결과는 Table 6과 같다. 그람양성 세균인 staphylococcus aureus 균주로 시험한 것이며 chitosan 매염된 직물은 항균성 8%의 균 감소율을 나타낸 반면, 합성매염처리 직물은 43.7%의 균이 감소하였다.
- 그러나 klebsiella pneumoniae 균주로 시험한 모든 직물의 균감소율은 1% 미만으로서, 그람 음성 세균인 klebsiella pneumoniae 균주에 대해서는 항균성이 전혀 없는 것을 알 수 있다.
- . 따라서 본 연구에서도 400nm 이후 파장에서의 최대 흡광도를 측정하여 염색성을 확인하였다.
- K/S값의 측정결과 무매염 면직물은 염착량이낮았으나, 매염처리에 의해 값이 증가하였으며 매염제 종류에 따라 색차도 달랐지만, 대체로 bluish-green에서 yellow-green으로 변색이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 chitosan매염 처리 직물은 농도가 짙을수록 진한 색상을 얻을 수 있었다. 합성매염제의 종류가 변화되어도 색상의 변화는 거의 없으며, 매염제 처리직물이 무매염 직물에 비해서 △E 값이 증가하였으며, chitosan 0.
- 5%농도로 매염후 염색한 시료가 화학매염제 사용 시료보다 높은 △E값을 나타내었다. 또한 매염처리하지 않은 염색직물의 b*값은 -15.39로서 bluish한 반면, 0.5%의 chitosan을 매염제로 사용후 염색한 시료는 18.38로 매우 yellowish하게 변하였다. 또한 a*값은 모든 시료가 마이너스 값을 나타내 green 색상임을 알 수 있다.
- △E에 의한 세탁견뢰도는 세탁횟수가 증가될수록 화학매염제 처리직물 및 chitosan처리 직물 모두 점차 감소하는 것을 알 수 있고, 합성 매염 처리한 직물과 비교해서 chitosan 매염직물의 경우 불규칙한 변화를 나타낸다. 또한 발색성이 우수하였던 chitosan 0.5%처리 시료의 △E의 변화가 크게 나타났다. 이는 면직물과 물리적으로 결합해 있던 chitosan이 일시적으로 탈락하면서 일어난 현상으로 추측된다.
- 0% 처리직물의 K/S값이 가장 높았다. 매염직물 중에서는 Fe 매염직물이 가장 높지만, chitosan 0.5% 직물에 비해서는 낮은 결과를 나타냈다.
- 매염 처리직물은 세탁횟수가 증가할수록 K/S값이 일정하게 감소하는 반면 chitosan 처리한 직물은 크게 변화하였다. 무매염 직물과 비교해서 합성매염직물이나 chitosan처리 직물 모두가 일반적으로 높은 K/S값을 나타내며, 15회 이상의 세탁에서는 chitosan 1.0% 처리직물의 K/S값이 가장 높았다. 매염직물 중에서는 Fe 매염직물이 가장 높지만, chitosan 0.
- 5%처리 직물의 △E 값이 가장 많이 상승하였다. 세탁횟수가 증가함에 따라 탈색이 되었으며, K/S값에 의한 세탁견뢰도는 chitosan처리직물 보다는 매염처리직물이 세탁에 대해 더 안정하였다. 일광견뢰도는 모두 1-2등급으로 매우 낮아 매염효과가 없었다.
- 이상의 결과로부터 무매염 염색시료가 blueish green의 색을 띄다가, 매염염색 후 yellow-green 색으로 변하였으며, 특히 0.5% chitosan 매염시료에서 색상의 차이가 많았던 것을 알 수 있다.
- 즉, 본 연구에서 사용된 일본의 얼룩조릿대인 kumazasa와 한국의 제주조릿대의 염색성은매염제의 사용유무와 상관없이 조릿대의 주성 분인 chlorophyll로 인해 색상이 발현된다고 할 수 있다.
- 천연매염제인 chitosan으로 매염한 염직물의 경우 육안으로 확연히 염색성이 향상된 것을 알 수 있었듯이, 0.1%농도의 chitosan처리 직물은 0.75를 나타내어 화학매염제에 비해 차이가 별로 없지만 0.5% 농도의 chitosan 매염처리 직물은 1.43으로 매염하지 않고 염색한 직물에 비해 2배 이상 높은 K/S값을 나타내었다. 다만 chitosan처리한 시료의 경우 K/S값이 0.
- 또한 chitosan매염 처리 직물은 농도가 짙을수록 진한 색상을 얻을 수 있었다. 합성매염제의 종류가 변화되어도 색상의 변화는 거의 없으며, 매염제 처리직물이 무매염 직물에 비해서 △E 값이 증가하였으며, chitosan 0.5%처리 직물의 △E 값이 가장 많이 상승하였다. 세탁횟수가 증가함에 따라 탈색이 되었으며, K/S값에 의한 세탁견뢰도는 chitosan처리직물 보다는 매염처리직물이 세탁에 대해 더 안정하였다.
- 일광견뢰도는 모두 1-2등급으로 매우 낮아 매염효과가 없었다. 항균성 시험결과, chitosan 매염한 직물은 포도상구균의 감소율이 70% 이상으로 항균성이 있지만, 무매염 직물은 1% 미만의 균 감소율을 나타내어 kumazasa 자체의 항균력은 확인할 수 없었다.
후속연구
- Staphylococcus aureus 균주에 대해서도 무매염직물이 그람 1%미만으로 항균성이 없는 것으로 보아 kumazasa가 천연염재로서 항균성을 기대하기는 어렵다고 판단된다. 다만 chitosan의 아미노기가 그람양성 세균의 세포벽 합성을 저해하여 세포벽의 용해를 촉진시킴으로 균이 감소된 것으로 보이며, 반면 그람음성세균은 아미노기가 관여할 수 있는 세포벽을 가지고 있지 않기 때문에 은 아미노기안정된 상태를 유지하여 균이 저해되지 않은 것으로 된 상태를 화학매염제인 Al 매염처리 직물에 비해 chitosasn처리 직물의 균 감소율이 큰 것으로 보아 chitosan 사용농도와 적절한 균주의 선택이 천연염료 사용에 의한 항균성 증가에 효과적일 것으로 기대된다.
- 매염처리에 의해 약간 견뢰도가 나아지긴 하지만, 일광견뢰도에서는 천연매염제인 chitosan 효과를 크게 기대하는 것이 불가능한 것으로 보인다. 일광견뢰도는 섬유와 염료간의 결합력에 의해서 크게 영향을 받지 않는 것으로 보아, chlorophyll의 긴 쇄상분자인 phytol의 절단을 막는 방법과 4개의 porphyrin 분자 한 가운데 위치한 Mg의 치환에 의한 방법 등의 후속연구가 요구된다.
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