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문제 정의
- 이에 따라 본 연구는 키토산의 폭넓은 응용을 위하여 목재펄프와 키토산 섬유를 혼합하여 물리적 성질을 측정하여 기능성 종이로서의 가능성을 검토하였다.
제안 방법
- KS K 0220의 상태조절시의 흡습도를 측정하기 위해 측정할 시료를 표준 상태(23.0±1.0℃, 50.0±2.0% RH)로 조절된 항온항습장치(HB-805-4S, Hanbaek Scientific Co.)에 넣고 48시간 동안 충분히 컨디셔닝 시킨 후의 중량과 온도 105±2℃에서 충분히 건조시키고 일정한 무게에 도달한 후 측정한 건조중량을 이용하여 흡습도를 다음의 식과 같이 계산하였다.
- 각 공시 시편의 표면구조를 파악하기 위하여 SEM(Scanning electron microscope, JSM-6510LV, Jeol)을 이용하여 목재펄프와 키토산 섬유로 형성된 내부 섬유의 결합 형태와 표면을 관찰하였다.
- 공시균으로 Staphylococcus aureus ATCC 6538(황색 포도상구균)과 Klebsiella pneumoniae ATCC 4352(폐렴구균)을 사용하여 측정하였다.
- 따라서 목재펄프와 키토산 섬유로 제조된 수초지의 항균성을 평가하기위하여 시험균 Staphylococcus aureus ATCC 6538(포도상구균)의 혼탁액을 조제하고, Klebsiella pneumoniae ATCC 4352(폐렴균)의 혼탁액을 조제하여 생균수를 측정하여 균감소율을 계산하는 방법으로 측정하였으며, 표준포의 균감소율 또한 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 Table 1 과 Fig. 10, 11에서 보는 바와 같다. 키토산 섬유의 경우 95% 이상의 우수한 항균성을 나타냈으며, 목재펄 프와 혼합하여 제조한 경우 약간 항균성이 감소하였으나, 90%이상의 항균성을 유지하였다.
- 따라서 본 연구는 목재펄프와 키토산 섬유를 혼합하여 종이를 제조하고, 이들의 물리·광학적 성질 및 기능성을 측정한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 목재펄프와 5 ㎜로 절단한 키토산 섬유는 PFI mill을 이용하여 여수도(Freeness)를 400 ㎖ CSF(Canadian Standard Freeness)로 조절하였고, 목재펄프와 키토산 섬유를 각각 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100으로 혼합하여 Tappi Standard T 205 om-88에 의거하여 평량 60 g/㎡의 수초지를 제조하였고, 항온항습실(23.0±1.0℃, 상대습도 50.0±2.0%)에서 24시간 이상의 조습과정을 거친 후, 평량, 두께, 인장강도, 파열강도, 인열강도, 내절도, 백색도를 측정하였다.
- 수초지는 L & W DENSOMETER(Lorentzen & Wettre)로 시료를 5회 측정하여 계산한 측정 평균치를 투기도 값으로 하였다.
- 시료는 미리 수분을 측정하고, 전건중량으로 약 2g을 정칭하여 넣고, 575±25℃에서 약 3시간 동안 충분히 회화시킨 다음, 냉각 칭량하여 항량을 구해서 회분(%)을 구하였다.
- 0%)에서 24시간 이상의 조습과정을 거친 후, 평량, 두께, 인장강도, 파열강도, 인열강도, 내절도, 백색도를 측정하였다. 위와 같은 강도를 각각 반복 측정한 후, 밀도(density), 인장지수(tensile index), 열단장(breaking length), 파열지수(burst index), 인열지수(tear index) 등의 값을 각각 산출하였다.
대상 데이터
- % 아세트산에 용융시킨 뒤, 필터 프레스를 사용하여 불용성의 불순물을 제거하여 방사원액을 제조하고, 제조된 방사원액을 습식방사 장치를 이용하여 2 kgf/cm2 의 공기압을 가하여 8 wt.%의 NaOH 응고욕 속으로 토출시킨 후, 온수세와 냉수세를 통해 응고된 키토산 섬유의 알칼리 성분을 제거한 뒤, 롤러에 권취하여 제조된 섬유를 구입하였다.
- 실험에 사용된 목재펄프는 캐나다에서 수입한 침·활엽수 표백크라프트펄프(SwBKP, HwBKP)를 사용하였고, 키토산 섬유는 전북대학교 섬유공학과에서 제조한 2 dennier의 것을 0.5 ㎝의 길이로 절단하여 사용하였다.
- 공시균으로 Staphylococcus aureus ATCC 6538(황색 포도상구균)과 Klebsiella pneumoniae ATCC 4352(폐렴구균)을 사용하여 측정하였다. 표준포는 KS K 0905 염색 견뢰도용 첨부백포(Cotton)를 사용하였다. 인큐베이터에서 18시간 배양시킨 후, 다음과 같이 정균 감소율을 계산하였다.
이론/모형
- 수초지의 항균성 측정은 KS K 0693-2001에 의해 측정하였다. 공시균으로 Staphylococcus aureus ATCC 6538(황색 포도상구균)과 Klebsiella pneumoniae ATCC 4352(폐렴구균)을 사용하여 측정하였다.
성능/효과
- SwBKP에 키토산 섬유를 혼합할 경우 밀도, 열단장, 파열강도, 인열강도, 내절도, 백색도는 크게 감소하였지만, 흡습도, 투기도는 상승하였다. HwBKP의경우에는 키토산 섬유를 혼합비율을 증가할수록 백색도만 감소하였고, 강도 뿐만 아니라 흡습도, 투기도 등 기타 물성은 상승하였다. 한편 SwBKP에 비해 HwBKP에 키토산 섬유를 혼합하였을 경우 흡습도는 낮으나 투기도는 높은 경향이었다.
- 7과 같다. SwBKP 및 HwBKP의 백색도는 각각 87.3, 86.8이었으나, 키토산 섬유 자체의 백색도는 59.4를 나타내어, 키토산 섬유의 혼합비율이 증가할수록 점차 백색도는 감소하는 경향이었다.
- 9와 같다. SwBKP 와 HwBKP 모두 키토산 섬유를 혼합할수록 투기도는 점차 상승하여 다른 물리적 성질 특히 밀도와 상이한 결과를 나타내었다. 목재펄프와 셀룰로오스 섬유로 구성되는 키토산 섬유는 투기도의 증감을 지배하는 주요인자가 이들 섬유간의 결합력 때문으로 판단 된다.
- 2는 목재펄프와 키토산 섬유의 혼합비율에 따른 밀도의 변화를 나타낸 것이다. SwBKP, HwBKP, 키토산으로 제조된 수초지의 밀도는 각각 0.56, 0.49, 0.53 g/㎤이었으나 키토산 섬유의 혼합비율이 증가할수록 SwBKP의 경우는 밀도가 감소하였고, HwBKP는 지속적으로 상승하였다.
- 5는 목재펄프와 키토산 섬유를 혼합하여 종이를 제조한 후 인열강도를 측정한 결과이다. SwBKP는 키토산 섬유를 혼합 할수록 열단장, 파열강도의 경향과 마찬가지로 인열 강도의 큰 감소폭을 보였고, HwBKP에 키토산 섬유를 혼합할수록 크게 증가하는 경향을 나타내었다. 특히 활엽수 표백크라프트펄프보다 키토산 섬유의 경우에서는 거의 두배의 강도적 차이를 나타내었다.
- 28 ㎞이었다. SwBKP는 키토산 섬유를 혼합시킴으로서 열단장은 급격히 감소하였고, HwBKP에 키토산 섬유의 혼합비율이 증가할수록 열단장은 점차 상승하였는데, 특히 키토산 섬유의 혼합비율이 활엽수 표백크라프트펄프보다 높았을 경우에 크게 상승하는 것으로 나타났다.
- SwBKP에 키토산 섬유를 혼합할 경우 밀도, 열단장, 파열강도, 인열강도, 내절도, 백색도는 크게 감소하였지만, 흡습도, 투기도는 상승하였다. HwBKP의경우에는 키토산 섬유를 혼합비율을 증가할수록 백색도만 감소하였고, 강도 뿐만 아니라 흡습도, 투기도 등 기타 물성은 상승하였다.
- 13은 전자주사현미경(SEM)을 이용하여 목재펄프와 키토산 섬유로 형성된 내부 섬유의 결합 형태와 표면을 관찰한 이미지이다. 낮은 배율에서 섬유의 결합 형태를 관찰한 결과 목재펄프 및 키토산 섬유 모두 안정한 형태로 서로 간에 결합되어 있음을 확인할 수 있으며, 배율을 높혀 섬유 표면을 관찰한 결과, 키토산 섬유의 경우 섬유 축 방향으로 피브릴화 (fibrillation) 되어 있는 형상을 나타내고 있다. 이는 N-아세틸화 과정에서 생긴 탈수현상에 의한 섬유 표면의 변화라고 판단된다.
- 따라서 목재펄프에 키토산 섬유를 혼합하여 초지한 후, 의료용 재료로 사용 시, Fig. 12에서 보는 바와 같이, 잔류 회분함량이 0.5%내외로 조건을 충분히 충족시킬 수 있을 것으로 사료된다.
- 따라서 이 결과는 5 ㎜로 절단한 키토산 섬유는 여수도를 400 ㎖ CSF로 조절 하였을 경우, 피브릴화 및 단섬유에 있어서 아마도 침·활엽수표백펄프의 중간적인 위치에 있어 침엽수와 활엽수 펄프의 장단점을 보완할 수 있을 것으로 생각되어 진다.
- 항균성은 키토산 섬유의 경우 95% 이상의 우수한 항균성을 나타냈으며, 목재펄프와 혼합하여 제조한 경우에도 90% 이상의 항균성을 유지하였다. 이외 제조된 모든 종류 종이의 잔류회분함량은 0.5% 이내로 의료용 재료로 사용 시 조건을 충분히 충족시킬 수 있을 것으로 사료되며, 제조된 종이 표면은 목재펄프와 키토산 섬유 모두 안정한 형태로 서로 간에 결합되어 있음을 확인할 수 있었다.
- 10, 11에서 보는 바와 같다. 키토산 섬유의 경우 95% 이상의 우수한 항균성을 나타냈으며, 목재펄 프와 혼합하여 제조한 경우 약간 항균성이 감소하였으나, 90%이상의 항균성을 유지하였다.
- 17 kPa․㎡/g이었다. 특히 SwBKP는 키토산 섬유를 혼합하였을 경우 거의 일직선에 가까운 감소경향을 나타내었고, HwBKP에 키토산 섬유를 혼합할수록 파열강도는 점차 상승하는 결과를 나타내었다.
- 항균성은 키토산 섬유의 경우 95% 이상의 우수한 항균성을 나타냈으며, 목재펄프와 혼합하여 제조한 경우에도 90% 이상의 항균성을 유지하였다. 이외 제조된 모든 종류 종이의 잔류회분함량은 0.
후속연구
- 따라서 HwBKP와 키토산 섬유의 혼합은 종이의 질적 향상뿐만 아니라 키토산 고유의 특성을 이용하여 특수지로도 충분히 가능성이 있음을 확인하여 주었고, 향후 더 많은 연구가 필요하다고 사료된다.
- 또한 공기의 투과가 적절히 조절되어야 한다. 따라서 목재펄프와 키토산 섬유를 혼합하여 상처 보호제를 제조하는 원료로 사용 한다면, 상처 치유에 직접적으로 작용하는 천연 고분자 화합물과 공기투과도를 조절하면서 치유속도를 증진시킬 수 있을 것으로 사료된다.
- 즉 수술용 복합사, 창상이나 화상치료제, 지혈제, 면역 상승제, 치과용 재료, 정형외과 재료, 세포이식 재료, 항종양 치료제, 의약 기구 포장재 등으로의 사용이 연구되고 있다4). 따라서 키틴과 키토산은 셀룰로오스와 유사한 구조를 가지고 있으므로, 목재펄프에 키토산 섬유의 적용 가능성이 매우 높을 것으로 예상되며, 제조공정의 무해성, 섬유의 높은 순도로 좀 더 독특한 특성과 기능성을 얻을 수 있다고 기대된다.
- 또한 이를 상처 보호제 제조용 원료로 사용한다면, 인체 적합성이 뛰어나기 때문에 상처에 부착되었을 때, 거부반응이나 염증을 유발하지 않으며, 상처 치유 기능이 우수할 것으로 예측된다. 이에 상처 치유제의 재료로서 매우 바람직할 것으로 사료된다.
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