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문제 정의
- 본 연구에서는 키토산 매염과 녹차추출물 처리의 반복이 셀룰로오스 섬유의 자외선 차단율에 미치는 영향을 중심으로 연구를 진행하였다. 또한, 다양한 조건의 처리포를 세탁하여 자외선 차단율의 견뢰성을 함께 평가하고자 한다.
- 매염과 재염의 반복에 따른 직물 처리조건을에 제시하였다.
- 합성섬유의 경우에는 방사시 원료에 자외선 차단 물질을 혼입방사함으로서 쉽게 자외선 차단 성능을 부여할 수 있는 반면, 여름철에 많이 입는 셀룰로오스계의 천연섬유는 자외선 차단 능을 합성섬유와 같은 방법으로 부여할 수 없으므로 직물 후처리 등의 방법을 모색하여야 한다. 본 연구에서는 기존의 합성 자외선 차단제와는 차별화되는 천연재료에 의한 자외선 차단 직물을 개발하고자 한다.
- 본 연구에서는 독성이 없고, 인체친화적이며 환경친화적인 키토산을 매염제로 사용하여 여름철에 많이 사용되는 대표적인 셀룰로오스계 섬유인 면, 마, 모시를 대상으로 키토산과 녹차추출물을 이용해 더 높은 자외선 차단율을 달성할 것으로 사료되는 다양한 방법으로 재염을 시도함으로써 자외선 차단율을 극대화하는 최적조건을 찾고자 하였다. 그에 따라 다양한 처리조건에 따른 시료의 표면색 측정과 자외선차단율 측정을 하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 따라서, 인체 친화적인 키토산을 매염제로 이용하여 자외선 차단율을 증진 시 키는 연구가 성 공적으로 이루어졌다(Kim, 2006b). 본 연구에서는 키토산 매염과 녹차추출물 처리의 반복이 셀룰로오스 섬유의 자외선 차단율에 미치는 영향을 중심으로 연구를 진행하였다. 또한, 다양한 조건의 처리포를 세탁하여 자외선 차단율의 견뢰성을 함께 평가하고자 한다.
제안 방법
- 녹차가루와 녹차가루 중량의 100배의 물을 1시간 정도 함께 끓여서 직물 염색용 녹차추출액을 조제하였다. 키토산으로 매염한 시료와 녹차추출액을 1:30o.
- 다양한 처리조건에 의한 모시 염색포의 자외선 차단율을 측정한 결과를 나타낸 그래프를에제시하였다.
- 본 연구는 기존의 연구들과 달리. 매염제로 중금속을 사용하지 않고, 다른 천연물질을 매염제로 사용하여 섬유에 녹차추출물의 염착을 유도하는 환경친화적인 방법을 개발하고자 매염제로 키토산을 사용하였다. 키토산은 키틴을 탈아세틸화 함으로써 얻어지는 다수의 아미노기를 갖는 천연다당계열의 생체적합성, 생분해성 고분자로, 지구상의 생물체에서 얻는 키틴은 셀룰로오스 다음으로 그 생산량이 많은 천연고분자 물질이다(이천우 외, 1998; Xu et al.
- , Ltd DLS-8080)로 90분간 95°C에서 염색하였다. 염색이 끝난 후에는 염료가 나오지 않을 때까지 수세를 반복한 후 자연건조하였다. 이 과정을 조건에 따라 1회에서 3회까지 반복하였다.
- 키토산 매염 후 녹차추출물 염색을 다양한 방법으로 반복한 각각의 시료를 색차계 (PANTONE®, ColorCue™ TX, Serial 34325AT, Licensed from Accuracy Microsensors, Inc)를 이용하여 명도 지수(L*), 색 좌표지수(a*, b*)값을 측정하여, CIELAB 색차식에 의해 색차(AE)를 산출하였다.
- 키토산 매염 후 녹차추출물 염색을 다양한 방법으로반복한 각각의 시료를 UV transmittance analyzer(Xenon Arc., Labsphere Co., US A) 를 이용하여 자외선 투과량을 측정 하였다. UV-A 투과량은 315-400nm의 파장 범위에서 측정하고, UV-B 투과량은 290-320nm의 파장 범위에서 측정하여 아래 식으로 차단율을 산출하였다.
대상 데이터
- 각 시료의 물리적 특성은<표 1>과 같다. 매염제로 쓰인 키토산은 Sigma-Aldrich에서 구입하여 사용하였으며, 염료로 쓰인 녹차가루는 보성 다원(전남 보성, 한국) 제품을 사용하였고, acetic acid는 대정화금에서 구입하여 사용하였다.
- 면직물, 마직물, 모시직물은 솜베(서원대학교 산학협력 기관)에서 구입한 섬유시험용 백포를 사용하였다. 각 시료의 물리적 특성은<표 1>과 같다.
- 키토산으로 매염한 시료와 녹차추출액을 1:30o.w.f. 비율로 적외선 염색기(DaeLim starlet Co., Ltd DLS-8080)로 90분간 95°C에서 염색하였다. 염색이 끝난 후에는 염료가 나오지 않을 때까지 수세를 반복한 후 자연건조하였다.
이론/모형
- 세탁실험은 AATCC Test Method 61-1994, 1A 방법 에 따라 시행하였으며, 시료크기는 1A Test의 요건에 따라 5cmxl0cm로 절단하여 시 행하였다.
성능/효과
- 1. 다양한 처리조건에 의한 면, 마, 모시 염색포의 표면색을 측정한 결과 매염횟수와 염색횟수가 증가할수록 명도 지수(L*)가 낮아지는 것을 확인하였다.
- 2. 다양한 처리조건에 의한 면 염색포의 자외선 차단율 측정결과 면 염색포는 매염횟수의 증가와 염색 횟수의 증가에 대한 자외선 차단율의 증가가 미미하였으므로 매염과 염색의 반복이 자외선 차단의 증가에 영향을 미치지 않는 것으로 사료된다. 세탁 후, 모든 조건에서 자외선 차단율의 변화가 없었으므로 자 외 선 차단에 대한 세탁견뢰도를 가졌음을 확인하였다.
- 3. 다양한 처리조건에 의한 마 염색포의 자외선 차단율 측정결과 C3G3의 UV-A 차단율은 85.4%, UV- B 차단율은 86.3%로 가장 큰 수치를 나타내었다. 매염 횟수와 염색횟수가 증가할수록 자외선 차단율이 소폭 증가하였다.
- 4. 다양한 처리조건에 의한 모시 염색포의 자외선차단율을 측정한 결과 매염횟수와 염색횟수의 증가에 따라 자외선 차단율의 증가가 3개의 섬유 중 가장 크게 나타났다. 세탁 후 견뢰도는 면이나 마 염색 포에 비해 다소 감소하는 조건이 있었다.
- 8%였으며, C0G1 의 경우 자외선 차단율의 증가가 거의 없었으므로 키토산 매염 없이 염색의 거의 이루어지지 않으며 자외선 차단율의 변화도 없음을 알 수 있다. C1G0의 UV-A 차단율은 84.1%, UV-B 차단율은 86.4%, C1G1 의 UV-A 차단율은 85.3%, UV-B 차단율은 86%, C1G2의 UV-A 차단율은 90.8%, UV-B 차단율은 91.2%, C1G3의 UV-A 차단율은 88.5%, UV-B 차단율은 89%, C2G2의 UVA 차단율은 88%, UV-B 차단율은 88.4%, C3G3의 UV-A 차단율은 89.5%, UV-B 차단율은 89.7%였다. 자외선 차단율은 C1G2 가 가장 큰 수치를 나타내었으나, C3G3도 비슷한 수치를 나타내었다.
- 2%였으며 , 키토산 매염없이 녹차 염색을 한 경우(C0G1) 지오!선 차단율의 증가는 1% 미 만으로 매 우 미 미 하였다. C1G0의UV-A 차단율은 83.5%, UV-B 차단율은 85.8%, C1G1 의 UV.A 차단율은 92.9%, UV-B 차단율은 93.8%,C1G2의 UV-A 차단율은 93.9%, UV-B 차단율은 94.6%, C1G3의 UV-A 차단율은 93.6%, UV-B 차단율은 94.4%, C2G2의 UV-A 차단율은 94.3%, UV-B 차단율은 94.8%, C3G3의 UV-A 차단율은 94%, UV-B 차단율은 94.6%였다. 자외선 차단율은 C2G2가 가장 큰 수치를 나타내었으나, C3G3과 거 의 유사한 수치 였다.
- 처리조건에 따라 명도지수(L*)와 색 좌표 지수(a*, b*) 의 차이가 있었지만, 전체적으로 다양한 처리 조건에 의한 모시 염색포의 표면색 역시 황적색으로 염색되었다. C1G1 의 AE값이 31.81, C1G2의 AE값이 34.72, C1G3의 AE값이 35.31, C2G2의 AE값이 37.92, 키토산 매염 3회 녹차 염색 3회 처리포의 AE값이 44.19로 매염 횟수와 염색횟수가 많아질수록 AE값이 증가하였다. 따라서 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 처리 포의 표면색이 짙어지는 결과를 보여주었다.
- 처리조건에 따라 명도 지수(L*)와 색 좌표 지수(a*, b*)의 차이가 있었지만, 전체적으로 다양한 처리조건에 의한 마 염색 포의 표면색은 황적색으로 염색되었다. C1G1 의 AE값이 34.66, C1G2의 AE값이 37.90, C1G3의 AE값이 38.39, C2G2의 AE값이 43.85, C3G3의 &E값이 48.13으로 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 AE값이 증가하였다. 따라서 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 처리포의 표면색이 짙어지는 것을 알 수 있었다.
- CIELAB 색차식에 의해 면의 처리조건별 색차0E)를 산출한 값을 나타낸 그래프를 <그림 1>에 제시하였다. C1G1 의 ΔE값이 35.87, C1G2 의 AE값이 33.13, C1G3의 z\E값이 36.50, C2G2의 AE값이 39.27, C1G1 의 AE값이 42.16으로 전반적으로 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 AE값이 증가하였다. 선행연구에 따르면 매염제 없이 녹차 염색만 진행된 면포의 경우 K/S값은 0.
- 다양한 처리조건에 의한 모시 염색포의 표면색을 측정 한 결과, 원포의 명도 지수(L*)보다 모든 처 리포의 명도 지수(L*)가 크게 낮으므로, 염색이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있었다. C1G1 의 명도 지수(L*)는 62.64, C1G2의 명도 지수(L*)는 58.74, C1G3의 명도 지수(L*)는 57.92, C2G2의 명도 지수(L*)는 57.28, C3G3의 명도 지수(L*)는 50.19로 매염횟수와 염색 횟수가 증가할수록 처리포의 명도 지수(L*)가 낮아지는 결과가 나왔다. 이는 매염과정과 염색과정이 반복될 수록표면색이 짙어지는 것을 의미한다.
- 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 색 좌표 지수 a*값이 증가하여 red색상이 짙어지는 방향으로 수치가 얻어졌다. C1G1 의 색 좌표 지수 b*값이 23.78, C1G2의 색 좌표 지수 b*값이 18.17, C1G3의 색 좌표지수 b*값이 18.00, C2G2의 색 좌표 지수 b*값이 20.77, C3G3의 색 좌표 지수 b*값이 17.98로 대체적으로 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 황색색상이 옅어지는 방향으로 수치가 얻어졌다. 처리조건에 따라 명도 지수(L*)와 색 좌표 지수(a*, b*)의 차이가 있었지만, 전체적으로 다양한 처리조건에 의한 마 염색 포의 표면색은 황적색으로 염색되었다.
- 22값을 나타냈다. C2G2의 색 좌표 지수 a*값은 10.60, C3G3의 색 좌표 지수 a*값은 11.22로 키토산 매염이 2회 이상인 경우에 10 이상의 값을 얻었으며, 매염과 염색 모두 횟수가 많을수록 적색이 짙어지는 경향으로 수치가 얻어졌다. C1G1 의 색 좌표 지수 b*값은 19.
- 56으로 매염횟수가 동일한 상태에서 염색횟수가 많아질수록 황색이 옅어지는 경향을 나타내었다. C2G2의 색 좌표지수 b*값은 21.60, C3G3의 색 좌표 지수 b*값은 모두 21을 넘는 수치가 얻어졌으며, 매염과 염색 횟수가 많을수록 yellow색상이 짙어지는 경향을 나타내었다. 처리조건에 따라 명도지수(L*)와 색 좌표 지수(a*, b*) 의 차이가 있었지만, 전체적으로 다양한 처리 조건에 의한 모시 염색포의 표면색 역시 황적색으로 염색되었다.
- 그러나, 매염횟수에 의해 자외선 차단율의 증가는 미비하였으며, 염색에 의한 자외선 차단율의 증가폭도 2%를 넘지 않았다. 키토산 매염만 처리하고 녹차 염색을 하지 않은 면포는 자외선 차단율 증가를 보이지 않았는데, 이는 키토산 처리가 자외선 차단에 영향을 미치지 않음을 입증하는 것이다.
- 따라서 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 처리포의 표면색이 짙어지는 것을 알 수 있었다. 다양한 처리조건에 의한 모시 염색포의 표면색을 측정 한 결과, 원포의 명도 지수(L*)보다 모든 처 리포의 명도 지수(L*)가 크게 낮으므로, 염색이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있었다. C1G1 의 명도 지수(L*)는 62.
- 19로 매염 횟수와 염색횟수가 많아질수록 AE값이 증가하였다. 따라서 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 처리 포의 표면색이 짙어지는 결과를 보여주었다.
- 13으로 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 AE값이 증가하였다. 따라서 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 처리포의 표면색이 짙어지는 것을 알 수 있었다. 다양한 처리조건에 의한 모시 염색포의 표면색을 측정 한 결과, 원포의 명도 지수(L*)보다 모든 처 리포의 명도 지수(L*)가 크게 낮으므로, 염색이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있었다.
- 자외선 차단율이 일부 증가한 경우도 있었으나, 증가폭이 1~2% 정도로 소폭이어서, 자외선 차단율의 측정부위가 변화함에 따라 발생한 오차범위 이내로 간주하였다. 따라서 면 염색포의 자외선 차단 효과가 안정적이며, 자외선 차단 직물로써 기능하기에 적합함을 알 수 있었다.
- 1%까지 크게 상승하였다. 또한, 매염횟수가 증가할수록, 염색횟수가 증가할수록 자외선 차단율이 소폭 증가하였다. 마의 경우C1G0의 UV-A 차단율은 73.
- 3%로 가장 큰 수치를 나타내었다. 매염 횟수와 염색횟수가 증가할수록 자외선 차단율이 소폭 증가하였다. 마 염색포도 면과 같이 모든 처리조건에 있어서 세탁실험 후 자외선 차단율 수치의 변화가 거의 없었다.
- 04로 매염횟수가 2회 이상인 조건에서 색자표 지수 a*값이 다소 증가하여 10 이상의 값이 얻어졌다. 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 색 좌표 지수 a*값이 증가하여 red색상이 짙어지는 방향으로 수치가 얻어졌다. C1G1 의 색 좌표 지수 b*값이 23.
- 면, 마, 모시 염색포에서 면을 제외하고, 키토산 매 염 횟수와 녹차 염색횟수가 증가할수록 표면색이 짙어지고 자외선 차단율도 커지는 경향을 확인할 수 있었다. 이 경향은 모시의 경우 확연하게 나타났고, 마의 경우 소폭 증가경향을 보였다.
- 4%까지 상승하였다. 면포나 마포와는 달리 매염횟수와 염색횟수가 증가할수록 자외선차단율이 증가하는 경향을 보였다.
- 3>에 나타내었다. 모든 처리포에서 녹차 염색의 횟수보다는 키토산 매염의 횟수가 명도 지수(L*)와 색차(AE)에 더 큰 영향을 미쳤다.
- 자외선 차단율은 C1G2 가 가장 큰 수치를 나타내었으나, C3G3도 비슷한 수치를 나타내었다. 모시의 경우에도 원포에 비해 처리 포의 자외선 차단율이 UV-A 차단율은 최소 4.5%에서 최대 10%까지 상승하였고, UV-B 차단율은 최소 2.2%에서 최대 7.4%까지 상승하였다. 면포나 마포와는 달리 매염횟수와 염색횟수가 증가할수록 자외선차단율이 증가하는 경향을 보였다.
- 다소 있었다. 세탁 전 C1G2의 UV-A 차단율 90.8%, UV-B 차단율 91.2%에서 세탁 후에 UV-A 차단율이 86.4%, UV-B 차단율 86.8%로 UV-A 차단율이 4.4%, UV-B 차단율도 4.4%의 수치 가 감소하였다. 이는 염색 후 수세 과정에서 미 반응 물질들이 제거되지 않은 상태로 자외선 차단율을 측정하여 다소 높게 나온 수치가 세탁 후 미 반응 물질들의 제거와함께 자외선 차단 수치가 정상범위로 돌아온 것으로 사료된다.
- 다양한 처리조건에 의한 면 염색포의 자외선 차단율 측정결과 면 염색포는 매염횟수의 증가와 염색 횟수의 증가에 대한 자외선 차단율의 증가가 미미하였으므로 매염과 염색의 반복이 자외선 차단의 증가에 영향을 미치지 않는 것으로 사료된다. 세탁 후, 모든 조건에서 자외선 차단율의 변화가 없었으므로 자 외 선 차단에 대한 세탁견뢰도를 가졌음을 확인하였다.
- 3%가 상승하였다. 이 를 통해 다양한 처 리포가 자외선 차단 효과를 갖는데 있어서 키토산 매염은 거의 영향을 미치지 않고, 주로 녹차 염색이 영향을 미치고 있다는 사실을 확인할 수 있었다.
- 전체적으로 다양한 처리조건에 의한 면, 마, 모시 염색 포의 표면색은 황적색으로 염색되었으며, CIELAB 색차식에 의해 면, 마, 모시의 처리조건별 색차E를산출한 결과 매 염횟수와 염색횟수가 증가할수록 E 값이 증가하는 경 향을 보였다.
- 98로 대체적으로 매염횟수와 염색횟수가 많아질수록 황색색상이 옅어지는 방향으로 수치가 얻어졌다. 처리조건에 따라 명도 지수(L*)와 색 좌표 지수(a*, b*)의 차이가 있었지만, 전체적으로 다양한 처리조건에 의한 마 염색 포의 표면색은 황적색으로 염색되었다. C1G1 의 AE값이 34.
- 2%였으며, C0G1 의 경우 자외선 차단율의 변화가 거의 없었다. 키토산 매염 1회 녹차 염색 무 처리포의 UV-A 차단율은 73.3%, UV-B 차단율은 75.5%, C1G1 의 UV-A 차단율은 82.2%, UV-B 차단율은 83.8%, C1G2의 UV-A 차단율은 82.5%, UV-B 차단율은 83.8%, C1G3의 UV-A 차단율은 85%, UV-B 차단율은 86.1%, C2G2의 UV-A 차단율은 83.4%, UV-B 차단율은 84.5%, C3G3의 UV-A 차단율은 85.4%, UV- B 차단율은 86.3%였다. 자외선 차단율은 C3G3이 가장 큰 수치를 나타내었다.
후속연구
- 이 경향은 모시의 경우 확연하게 나타났고, 마의 경우 소폭 증가경향을 보였다. 본 연구는 녹차추출물의 자외선 차단성을 이용한 인체친화적 자외선 차단 소재의 개발 방법은 의복뿐만 아니라, 관련 분야의 많은 파생연구가 이루어질 수 있을 것으로 기대되는 바이다.
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