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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 염료추출이 용이한 식물성 전통 천연염료인 아선약색소의 이용 확대와 실용화를 위한 기초연구로서, 아선약색소 성분의 특성분석과 함께 면섬유에 대한 염색성을 살펴보았다.
가설 설정
- 그러나 <표 7>을 살펴보면 20시간 자외선 조사 후의 일광견뢰도 실험을 한 시료들의 K/S값이 현저히 증가함을 확인할 수 있었으며 시료의 색상이 오히려 짙어졌음을 확인할 수 있었다. 이 또한 아선약의 주색소 성분이 카테콜 탄닌(catechol tannin)으로 감즙염색 시료가 일광에 의해 발색 되는것과 같은 원리인 갈변화 현상으로 보는 것이 옳을 것이다.
제안 방법
- 농도에 따른 자외선 차단성의 차이를 비교하기 위해 염액 농도 0.5%, 1%(o.w.b), 염색시간 30분으로 하였다. 염색온도는 100℃로 염색한 후 수세, 건조하여 실험하였다.
- 이를 위해 한약재 아선약 결정체의 색소를 추출, 건조, 분말화 하였으며 아선약색소의 염색성에 대한 기초자료를 마련하고자 염료농도, pH, 시간, 온도 등의 염색조건이 염착량에 미치는 영향, 매염제가 염착량과 색상에 미치는 효과 등을 조사하였다. 또한 염색된 시료의 세탁견뢰도, 일광견뢰도를 측정하여 실용성을 평가하였고 자외선차단성, 항균성을 측정하여 기능성을 평가하였다.
- 매염은 욕비 1:30, 농도 0.3% (o.w.b), 매염시간 30분, 매염온도는 실온에서 실시하였고 매염방법은 선매염을 실시하였다.
- 본 연구에서는 아선약을 염재로 하여 면직물에 천연염색을 실시하여, 염액농도, 염색시간, 염색온도, pH, 매염제 종류에 따른 염색성의 변화를 조사하였고 색상변화, 염색견뢰도(세탁 및 일광 견뢰도), 자외선 차단성과 항균성을 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 선매염에 따른 시료의 염색성을 알아보기 위해 욕비 1:50, 염액농도 0.5%(o.w.b), 염색시간 30분, 염색온도 100℃에서 염색하였으며 염색 및 매염 횟수는 1회로 하였다. [그림 6]은 매염제의 종류에 따른 선매염의 K/S값을 나타낸 것이다.
- 세탁온도 40±2℃, 세탁시간 30분, 0.5%의 ISO SOAP 표준세제를 사용하였다.
- 아선약색소의 농도에 따른 면섬유의 염색성을 알아보기 위하여 아선약의 농도를 0.01, 0.02, 0.03, 0.05, 0.1, 0.3, 0.5, 1, 2, 3%(o.w.b)로 변화시켜 욕비 1:50, 염색온도 60℃, 염색시간 30분, 염색횟수 1회로 하여 염색하여 [그림 3]에 나타내었다. 아선약색소로 염색된 면직물의 K/S값은 아선약색소의 농도가 증가할수록 증가하는 것을 알 수 있다.
- 아선약의 항균성을 측정하기 위해 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 폐렴균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)을 공시균으로 하여 KS K 0693:2006에 준하여 시험편과 대조편에 공시균을 배양하여 18시간 후 생균수를 측정하고 균 감소율을 측정하여 표시하였다.
- 염색견뢰도 실험용 시료는 무매염 시료와 매염시료를 사용하였고 염액농도 1%(o.w.b), 염색시간 30분, 매염제 처리는 농도 0.3%(o.w.b), 실온에서 30분간 선매염(매염-수세-건조)을 실시하였다.
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3) 염색온도에 따른 염색성
염색온도에 따른 시료의 염색성을 알아보기 위해 욕비 1:50, 염액농도 1%(o.w.b), 염색시간 30분, 염색횟수 1회로 하여 염색온도를 40, 60, 80, 100℃에서 각각 염색하였다. 염색온도에 따른 염색성은 [그림 5]에 나타내었는데, 60℃이상의 염색온도에서는 염착량의 증가가 나타나지 않았다.
- 욕비 1:50에서 색소농도, 온도, 시간, pH, 매염제를 변화시키면서 고온고압IR 염색기(pillip, JP/KS-12M)를 사용하여 염색하였다.
- 이를 위해 한약재 아선약 결정체의 색소를 추출, 건조, 분말화 하였으며 아선약색소의 염색성에 대한 기초자료를 마련하고자 염료농도, pH, 시간, 온도 등의 염색조건이 염착량에 미치는 영향, 매염제가 염착량과 색상에 미치는 효과 등을 조사하였다. 또한 염색된 시료의 세탁견뢰도, 일광견뢰도를 측정하여 실용성을 평가하였고 자외선차단성, 항균성을 측정하여 기능성을 평가하였다.
대상 데이터
- 매염제가 항균성에 영향을 미칠 가능성을 배제하기 위해 시료는 무매염 시료를 사용하였으며 공식은 다음과 같다.
- 실험에 사용한 직물은 100%면, 평직 백포를 정련하여 사용하였으며 시료의 특성은 다음과 같다.
- 염료는 인도산 수입 고형 아선약을 증류수에 녹여 여과한 후 감압 농축하여 건조시킨 후 사용하였고 매염제로는 Al2(SO4)3, K2CO3, CuSO4, FeSO4 등 1등급 시약을 사용하였다. pH 조절용 시약은 NaOH, acetic acid를 사용하였다.
- 자외선 차단율 측정용 시료는 매염제자체가 자외선 차단효과에 미치는 영향을 제한하고 아선약 염료 직물의 자외선 차단효과를 살펴보기 위해 대조포와 무매염시료만 사용하였다.
이론/모형
- 섬유의 자외선 차단율 시험방법인 KS K 0850:2009에 의하여 KS K IOS 139의 표준 상태에서 4시간 이상 방치한 후 Xenon Arc 광원을 이용하여 자외선(290nm~ 400nm)을 최소한 5nm 파장 단위로 주사하면서, 시료의 자외선(UV-R) 투과율을 측정하였다.
- 세탁견뢰도는 Launder-O-meter를 사용하여 KS K ISO 105 CO1:2007에 규정된 조건으로 시험하여 측정하였다.
- 일광견뢰도는 KS K ISO 105 B02:2005기준법에 의하여 XENON-ARC LAMP를 20시간 조광하여 GRAY SCALE로 측정하였으며, 일광견뢰도 시험용 시료는 세탁견뢰도 실험용 시료와 같은 조건으로 염색하였다.
- 측색은 색차계(Color-JS 555)로 400nm에서 피염물의 표면반사율, Hunter의 L, a, b, Munsell의 H, V, C를 측정하였으며 다음의 Kubelka- Munk식에 의해 K/S값을 계산하여 이를 염착량 평가의 척도로 삼았다.
성능/효과
- pH가 높아질수록 염착량은 다소 감소하였으나 a값이 증가하고 b값은 감소하여 적색기미가 증가함을 알 수 있다. pH 3에서는 색상이 5.
- 매염에 따른 염색성을 살펴본 결과, 면섬유는 K, Fe, Cu 매염에서 염색성이 증가되었고, 매염제에 의해 다양한 색상이 발현되는 다색성 염료임을 알 수 있었다. pH에 따른 염색성은 pH가 낮을수록 염색성이 우수한 것으로 나타났다.
- 그러나 을 살펴보면 20시간 자외선 조사 후의 일광견뢰도 실험을 한 시료들의 K/S값이 현저히 증가함을 확인할 수 있었으며 시료의 색상이 오히려 짙어졌음을 확인할 수 있었다.
- 그러나 의 세탁전 · 후의 색상의 변화를 살펴보면 세탁견뢰도 실험 후의 시료의 색상은 Y계열로 가까워졌고 a값이 크게 증가하여 적색기미가 강해짐을 확인할 수 있다.
- 그러나 <표 5>의 세탁전 · 후의 색상의 변화를 살펴보면 세탁견뢰도 실험 후의 시료의 색상은 Y계열로 가까워졌고 a값이 크게 증가하여 적색기미가 강해짐을 확인할 수 있다. 따라서 아선약 색소의 특성을 고려해 볼 때 세탁견뢰도의 변퇴정도를 색소의 탈색으로 판단하는 것보다는 아선약 색소의 주성분인 축합형 탄닌이 세탁과정을 거치면서 갈변화 현상이 일어나 발색된 것으로 보아야 할 것이다.
- 천연페놀류의 흡광도는 추출용매나 pH 등 여러 가지 요인에 의하여 영향을 받지만 대개 220~280nm에서 최대흡수파장을 가진다(정진순 외, 2003). 또한 염료식물의 탄닌의 주된 흡수파장은 272nm-285nm범위로 280nm의 흡수파장은 아선약이 탄닌 색소성분에 의해 염색이 된다는 것을 확인할 수 있었다.
- 처리온도가 높아짐에 염색성은 증가하였으며 온도변화에 따른 색상의 변화는 염색온도가 높아짐에 따라 Y, YR계열에서 R계열에 가까운 적색을 나타냈다. 매염에 따른 염색성을 살펴본 결과, 면섬유는 K, Fe, Cu 매염에서 염색성이 증가되었고, 매염제에 의해 다양한 색상이 발현되는 다색성 염료임을 알 수 있었다. pH에 따른 염색성은 pH가 낮을수록 염색성이 우수한 것으로 나타났다.
- 세탁견뢰도와 일광견뢰도는 낮게 나타났으나 아선약 주색소인 카테콜 탄닌의 세탁과 일광에 의한 갈변화현상(maillard reaction)으로 붉은색 기미는 오히려 증가하였으며 아선약으로 염색한 시료에서 자외선 차단성은 증가하였다. 아선약으로 염색된 면직물의 황색포도상구균에 대한 감소율은 99.
- 아선약 처리 농도 증가에 따른 자외선 차단율을 비교해 보면 염액의 농도가 0.5% 일 때보다 아선약의 농도를 1%로 증가시켰을 때의 자외선 차단율은 증가하였으나 염료농도가 2배로 증가한 것에 비해서 큰 변화를 나타내지는 않았다.
- 아선약 추출액의 흡수파장은 220nm, 280nm에서 피크가 나타났으며, 염색시험포의 표면색상은 YR계열로 탄닌의 색소성분에 의해 염색이 되는 것이 확인되었다. 염액농도가 증가함에 따라 염착량은 증가하였고 염착량의 변화곡선 형태는 셀룰로오스계 섬유인 면은 Freundlich의 등온흡착곡선과 유사한 형태를 나타나 주로 수소결합에 의해 염착이 이루어지는 것으로 보인다.
- 세탁견뢰도와 일광견뢰도는 낮게 나타났으나 아선약 주색소인 카테콜 탄닌의 세탁과 일광에 의한 갈변화현상(maillard reaction)으로 붉은색 기미는 오히려 증가하였으며 아선약으로 염색한 시료에서 자외선 차단성은 증가하였다. 아선약으로 염색된 면직물의 황색포도상구균에 대한 감소율은 99.9%로 항균성이 매우 우수한 것으로 나타났다.
- 아선약의 염액농도를 5%(o.w.b)로 하여 염색된 면직물의 황색포도상구균에 대한 균 감소율이 99.9%로 항균성이 매우 우수한 것으로 나타났으나 폐렴균의 항균성실험결과 34.5%로 폐렴균에 대한 항균성은 낮은 것으로 나타났다.
- <표 4>는 아선약으로 염색된 면직물의 세탁견뢰도 결과를 나타낸 것이다. <표 4>의 세탁견뢰도 결과를 살펴보면 오염견뢰도는 무매염, 선매염 시료 모두 4-5등급으로 매우 우수한 것으로 나타났으나, 변퇴색 견뢰도 결과는 1-2등급으로 낮게 나타났다. 그러나 <표 5>의 세탁전 · 후의 색상의 변화를 살펴보면 세탁견뢰도 실험 후의 시료의 색상은 Y계열로 가까워졌고 a값이 크게 증가하여 적색기미가 강해짐을 확인할 수 있다.
- 이상과 같이 국내 선행연구가 거의 없는 실정에서 아선약의 면직물에 관한 연구결과를 살펴 본 결과, 아선약은 일상에서 쉽게 접하게 되는 포도상구균에 대한 항균성이 뛰어나 기능성 염료로서 가치를 지니고 있으며 염색법과 매염제별로 다양한 색상을 나타낼 수 있는 다색성 염료임을 확인할 수 있었다. 변퇴 및 일광견뢰도에서 낮은 등급을 보였으나 실제로 색상이 더 진해짐이 확인 되면서 염색직물을 사용함에 따른 퇴색현상은 보이지 않았다.
- 염색시간이 증가함에 따라 염색성은 증가하다가 30분 이후에 눈에 띄는 변화가 없었다. 처리온도가 높아짐에 염색성은 증가하였으며 온도변화에 따른 색상의 변화는 염색온도가 높아짐에 따라 Y, YR계열에서 R계열에 가까운 적색을 나타냈다. 매염에 따른 염색성을 살펴본 결과, 면섬유는 K, Fe, Cu 매염에서 염색성이 증가되었고, 매염제에 의해 다양한 색상이 발현되는 다색성 염료임을 알 수 있었다.
후속연구
- 변퇴 및 일광견뢰도에서 낮은 등급을 보였으나 실제로 색상이 더 진해짐이 확인 되면서 염색직물을 사용함에 따른 퇴색현상은 보이지 않았다. 자외선에 의한 색상변화와 세탁 후 효과에 대한 후속연구와 천연염색의 견뢰도 평가에 방법에 대한 재고의 필요성을 확인할 수 있었다.
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