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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 구하기 쉽고 식용으로 널리 사용되고 있으며, 항산화 효과와 자외선 차단성을 함유하고 있을 것이라 사료되는 머위를 이용하여 고기능성 속옷으로 각광받고 있는 나일론직물과 고부가치성 직물인 견직물에 염색한 후 매염에 따른 다양한 염색성과 자외선 차단성을 검토하여 머위 추출액의 염료로서의 가치를 알리고, 염색성 및 기능성이 좋은 고기능성 친환경 섬유를 개발하는데 그 목적이 있다.
- 본 연구는 어디서나 구하기 쉽고 식용으로 널리 사용되고 있으며, 항산화 효과와 자외선 차단성을 함유하고 있는 머위 추출액을 이용하여 염색한 후매염에 따른 다양한 염색성과 세탁 및 드라이클리닝견뢰도 그리고 자외선 차단성을 검토하여 고부가가치 고기능성 친환경 섬유 개발에 기여하고자 연구하였으며, 결과는 다음과 같다.
- 본 연구는 친환경 고기능성 천연 염재의 개발을 위한 연구로 머위 추출액에 따른 직물의 염색성과 자외선 차단성에 관한 연구이다. 견직물과 나일론직물의 세탁과 드라이클리닝 견뢰도가 우수하고 UV-B 의 자외선 차단성도 좋지만, 염재의 실용화를 위한 염료의 정량성과 cotton이나 wool 등 다양한 직물에 대한 염색이 연구되지 않았으며, 또한 기능성 실험으로 항알레르기와 항염증을 포함한 항균성 실험이 연구되지 않았다.
가설 설정
- 특히 나일론인 경우 100℃ 부근에서 K/S값이 크게 증가하였는데, 이는 온도 상승과 함께 섬유의 분자 간격이 넓어지면서 분자 내에 색소 침투가 쉬어졌기 때문이라 생각된다. 따라서 모든 직물의 염색 온도는 100℃로 정하였다.
제안 방법
- KS K 0644 ISO 105-D01에 의거하여 면직물 자루에 스테인리스강 디스크와 시험편을 넣어 퍼클로로에틸렌 용제에 교반시킨 다음 꺼내어 여분의 용제를 짜거나 원심 탈액시킨 후 뜨거운 공기에 건조시켜 변퇴색용 표준 회색 색표와 비교하여 변퇴색을 측정하였다. 시험이 끝난 후 필터링을 거친 시험용제와 사용하지 않은 용제에 빛을 투과시켜 오염용 표준 회색 색표를 사용하여 용제의 색상 변화를 판정하여 시험편의 변퇴색과 용제의 오염에 대한 판정 급수를 결과에 표기하였다.
- 또한, 매염제 처리에 의한 색상 변화 및 염색 견뢰도 시험 후의 염색물의 색상 변화를 3자극치 X, Y, Z를 측색한 후 Munsell 표색계 H V/C, CIELAB 표색계의 L*, a*, b*로 부터 △E*ab를 산출하였다.
- 머위 추출물을 욕비 1:100으로 하여 표면염착농도(K/S)가 가장 좋은 염색 온도 100℃, 염색 시간 90분으로 하여 염색한 뒤 충분히 헹군 후 후매염법으로 매염하였다. 매염제는 Al, Cu, Fe 등의 3종류를 매염제로 사용하였다.
- 분광광도계(Spectrophotometer X-rite color i 7 Benchtop)를 이용하여 D65 광원 10° 시야에서 표면반사율을 측정하고, Kubelka-Munk식으로부터 표면염착 농도(K/S)를 계산하였다.
- 세탁온도는 40±2℃, 세탁시간은 30분, 0.4% 표준세제(알칼리성)를 사용하여 실험하였으며, 시험편은 2종(면포, 견포)의 첨부 백포에 부착하여 일정 시간 및 일정온도 조건의 비누액 중에서 기계적으로 교반하여 헹굼과 건조 공정을 거친 후 실험하였다.
- KS K 0644 ISO 105-D01에 의거하여 면직물 자루에 스테인리스강 디스크와 시험편을 넣어 퍼클로로에틸렌 용제에 교반시킨 다음 꺼내어 여분의 용제를 짜거나 원심 탈액시킨 후 뜨거운 공기에 건조시켜 변퇴색용 표준 회색 색표와 비교하여 변퇴색을 측정하였다. 시험이 끝난 후 필터링을 거친 시험용제와 사용하지 않은 용제에 빛을 투과시켜 오염용 표준 회색 색표를 사용하여 용제의 색상 변화를 판정하여 시험편의 변퇴색과 용제의 오염에 대한 판정 급수를 결과에 표기하였다.
- 염색 시간에 따른 직물의 염착량을 살펴보기 위해 30 min, 60 min, 90 min 동안 처리한 후 표면염착량(K/S값)을 나타내었다. [Fig.
- 염색 온도에 따른 직물의 염색성을 알아보기 위하여 온도를 40℃, 60℃, 80℃, 100℃로 설정하고 욕비 1:100, 염색 시간을 30분으로 처리하였다. [Fig.
- 염색의 최적 염색 온도와 염색 시간을 알아보기 위하여 머위 추출물을 욕비 1:100으로 40℃, 60℃, 80℃, 100℃의 온도별로 30 min, 60 min, 90 min 등의 시간별로 염색한 후 수세하여 자연 건조시켰다.
- 섬유 제품의 자외선 차단율 시험은 KS K 0850:2009에 의거하여 실시하였다. 측정기기는 UV-VISNIR SPECTROPHOTOMETER(VARIAN, CARY 5000)이며, 측정은 표준상태에서 실시하고 분광광도계를 흡수 밴드 필터로 자외선 파장용 필터를 홀뮴옥사이드 필터(holmium oxide filter)로 사용하여 파장을 보정하고 투과성 전해질 막(electrolytically perforated screens)을 이용하여 투과선 형성을 보정하였다. 파장범위인 290nm～400nm를 최소한 5nm 파장 단위로 주사하면서 시료의 자외선 투과율을 측정하고 다음 식에 의거하여 계산하였다.
- 측정기기는 UV-VISNIR SPECTROPHOTOMETER(VARIAN, CARY 5000)이며, 측정은 표준상태에서 실시하고 분광광도계를 흡수 밴드 필터로 자외선 파장용 필터를 홀뮴옥사이드 필터(holmium oxide filter)로 사용하여 파장을 보정하고 투과성 전해질 막(electrolytically perforated screens)을 이용하여 투과선 형성을 보정하였다. 파장범위인 290nm～400nm를 최소한 5nm 파장 단위로 주사하면서 시료의 자외선 투과율을 측정하고 다음 식에 의거하여 계산하였다.
대상 데이터
- 염색을 위한 직물 시료는 KS K 0905의 견 백포(100%)와 나일론 백포(100%)다. 견과 나일론직물을 사용한 이유는 머위 추출액의 pH가 5.5인 약산성 염료로 측정되어 산성 염료에 염착성이 좋은 직물은 아미노기(－NH2)를 가진 견직물과 나일론직물이므로 염색을 위한 직물 시료로 사용하였으며, 특히 견은 천연염색의 고부가치성을 높여 줄 것이라 사료되고, 나일론직물은 최근 고기능성 속옷으로 사용되고 있어 천연염색으로 좋은 고부가치성을 높여 줄 것이라 사료되어 사용하였다. 시료의 특징은 [Table 1]과 같다.
- 머위 추출물을 욕비 1:100으로 하여 표면염착농도(K/S)가 가장 좋은 염색 온도 100℃, 염색 시간 90분으로 하여 염색한 뒤 충분히 헹군 후 후매염법으로 매염하였다. 매염제는 Al, Cu, Fe 등의 3종류를 매염제로 사용하였다. 매염제 농도는 5%(o.
- 매염제로는 Aluminum potassium sulfate (AlK(SO4)2․12H2O), Copper(II) sulfate pentahydrate (CuSO5․5H2O), Iron(II)chloride (FeCl2․4H2O) 등으로 모두 3종이며, 1급 시약을 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 염재의 시료는 6월 서울 경동시장에서 머위의 잎과 줄기를 구매하여 깨끗이 세척한 후 사용하였다.
- 염색을 위한 직물 시료는 KS K 0905의 견 백포(100%)와 나일론 백포(100%)다. 견과 나일론직물을 사용한 이유는 머위 추출액의 pH가 5.
이론/모형
- KS K 0430 ISO 105-C06에 의거하여 평가하였다. 세탁온도는 40±2℃, 세탁시간은 30분, 0.
- 섬유 제품의 자외선 차단율 시험은 KS K 0850:2009에 의거하여 실시하였다. 측정기기는 UV-VISNIR SPECTROPHOTOMETER(VARIAN, CARY 5000)이며, 측정은 표준상태에서 실시하고 분광광도계를 흡수 밴드 필터로 자외선 파장용 필터를 홀뮴옥사이드 필터(holmium oxide filter)로 사용하여 파장을 보정하고 투과성 전해질 막(electrolytically perforated screens)을 이용하여 투과선 형성을 보정하였다.
- 4% 표준세제(알칼리성)를 사용하여 실험하였으며, 시험편은 2종(면포, 견포)의 첨부 백포에 부착하여 일정 시간 및 일정온도 조건의 비누액 중에서 기계적으로 교반하여 헹굼과 건조 공정을 거친 후 실험하였다. 시험편의 변퇴색과 첨부 백포에 대한 오염 평가는 표준 회색 색표에 의거하여 평가하였다.
성능/효과
- 1. 머위 추출액으로 염색한 견직물과 나일론직물의 표면염착량(K/S값)이 가장 높은 염색 온도는 모두 100℃로 측정되었고, 표면염착량(K/S값)이 가장 높은 염색 시간은 모든 직물에서 90 min으로 측정되어 모든 직물의 실험은 100℃, 90 min으로 염색하여 측정하였다.
- 2. 견직물의 무매염포 명도지수는 77.0, a*값은 2.81, b*값은 14.83으로 측정되었고, Munsell 값은 0.8Y 7.6/2.2로 측정되었다. 또한 나일론의 무매염포 명도지수는 75.
- 3. 염색 후 견직물 Al 후매염의 Munsell 값은 1.5Y7.7/2.0이었고, Cu 후매염에서는 a*값이 －값인 greenish yellow로 측정되었다. 또한 Fe 후매염에서는 Munsell 값이 2.
- 4. 염색 후 나일론 Al 후매염의 Munsell 값은 1.5Y 7.9/2.5의 밝은 yellowish로 측정되었다. 그리고 Cu 후매염의 Munsell 값은 0.
- 9인 greenish한 yellow로 측정되었다. 5. 세탁 견뢰도와 드라이클리닝 견뢰도에서 견직물과 나일론직물 모두 4～5등급으로 측정되어 우수한 결과로 나타났다.
- 6. 견직물의 자외선 UV-B의 차단율은 무매염포와 모든 매염포에서 80% 이상의 자외선 차단율로 측정되었고, 나일론직물의 자외선 UV-B 차단율은 Cu 매염포를 제외하고 무매염포, 매염포 모두에서 90% 이상으로 측정되었다.
- 0인 reddish yellow로 나타났다. Al 후매염에서 명도지수가 80.0, a*값은 2.64, b*값은 17.3로 무매염포보다 명도가 조금 높아졌고, a*값과 b*값이 모두 낮아진 Munsell 값 1.5Y 7.7/2.0의 밝은 yellowish로 측정되었다. Cu 후매염에서는 명도지수가 77.
- [Table 5]는 매염제 종류에 따른 세탁 견뢰도의측정 결과이다. 견직물의 경우 오염도에 대한 견뢰도와 변퇴색에 대한 견뢰도에서 무매염포와 매염포 모두 4～5등급 이상으로 우수한 결과로 측정되었고, 나일론직물의 세탁 견뢰도에서도 오염도에 대한 견뢰도와 변퇴색에 대한 견뢰도에서 무매염포와 매염포 모두 4～5등급 이상으로 우수하게 측정되어 머위 추출액은 세탁 견뢰성이 좋은 염재라 사료된다.
- [Table 6]은 매염제에 따른 드라이클리닝 견뢰도의 측정 결과이다. 견직물의 드라이클리닝 견뢰도에서 무매염포와 모든 매염포에서 모두 4～5등급으로 우수한 결과로 측정되었고, 나일론직물의 드라이클리닝 견뢰도에서도 무매염포와 모든 매염포에서 모두 4～5등급으로 우수한 결과로 측정되었다.
- [Table 7]은 머위 추출물의 직물에 따른 염색물의 자외선 차단율을 측정한 것이다. 견직물의 자외선 UV-A의 차단율은 무매염포에서 69.7%, 모든 매염포에서는 70% 이상으로 측정되었으며, 자외선 UV-B의 차단율은 무매염포와 모든 매염포에서 80% 이상의 자외선 차단율로 측정되어 UV-A보단 UV-B에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 나일론직물의 자외선 UV-A의 차단율은 무매염포에서 86.
- 63으로 90 min 처리 시 가장 높은 K/S값으로 측정되었다. 따라서 가장 진한 염색을 원할 때는 K/S 값이 가장 높은 90 min이 최적시간이라 사료되나, 지나친 염색 시간은 견직물의 취화가능성이 있으므로 적정염색 시간으로 60 min 이상이 적당하다고 사료된다.
- 05으로 90 min 처리 시 가장 높은 K/S값으로 측정되었다. 따라서 가장 진한 염색을 원할 때는 K/S값이 가장 좋은 90 min이 최적시간으로 사료되나, 지나친 염색 시간은 나일론직물의 취화가능성이 있으므로 적정 염색 시간으로 60 min 이상이 적당하다고 사료된다.
- 7로 점점 증가하여 yellowish한 색상으로 변해가는 것을 알 수 있다. 또한 나일론인 경우에도 염색 온도가 올라감에 따라 각 염색포의 L*값즉 명도는 낮아지고, a*값은 2.21에서 4.27로 증가하여 red 방향으로 가고 있고, b*값도 12.2에서 17.2로 증가하여 견직물과 비교하여 좀더 reddish한 yellow 색상임을 알 수 있었다.
- 7%, 모든 매염포에서는 70% 이상으로 측정되었으며, 자외선 UV-B의 차단율은 무매염포와 모든 매염포에서 80% 이상의 자외선 차단율로 측정되어 UV-A보단 UV-B에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 나일론직물의 자외선 UV-A의 차단율은 무매염포에서 86.1%, 모든 매염포에서 85% 이상이며, 특히 Fe 매염에서는 91%으로 측정되었으며, 자외선 UV-B 차단율은 Cu 매염포를 제외하고 무매염포, 매염포 모두에서 90%이상으로 높게 측정되었다. 이상의 결과, 견직물과 나일론직물 모두 UV-A보다는 UV-B에 자외선 차단성이 높은 것으로 나타났다.
- 1%, 모든 매염포에서 85% 이상이며, 특히 Fe 매염에서는 91%으로 측정되었으며, 자외선 UV-B 차단율은 Cu 매염포를 제외하고 무매염포, 매염포 모두에서 90%이상으로 높게 측정되었다. 이상의 결과, 견직물과 나일론직물 모두 UV-A보다는 UV-B에 자외선 차단성이 높은 것으로 나타났다. 이 결과는 김진화 외12)의 머위 추출물의 항산화와 항염증 효과의 연구에서 머위 추출물이 자외선 UV-B 및 외부 자극에 의한 피부 손상을 효과적으로 보호하고 염증을 완화시킬 수 있다는 연구 결과와 같은 것으로 머위 추출물의 염색 직물도 자외선 차단성 특히 UV-B에 효과적으로 측정된 것이라 사료된다.
후속연구
- 는 녹차 추출물의 자외선 차단성 연구에서 녹차 추출물이 자외선 차단율을 높여 주었으며, 특히 아미드계 직물인 울, 실크, 나일론에서 UV 차단성이 높았다고 보고하였다. 그러나 아직 천연 염재에 따른 직물의 자외선 차단 효과에 대한 연구는 환경 문제에 비해 부족하며 특히 자외선 및 외부 자극에 의한 피부 손상에 효과적이며 염증을 완화시킬 수 있는 화장품 소재로써 효과적인 머위 추출물을 이용한 직물의 자외선 차단성에 대한 연구는 부족한 상태라 더 많은 연구가 필요하다고 사료된다.
- 견직물과 나일론직물의 세탁과 드라이클리닝 견뢰도가 우수하고 UV-B 의 자외선 차단성도 좋지만, 염재의 실용화를 위한 염료의 정량성과 cotton이나 wool 등 다양한 직물에 대한 염색이 연구되지 않았으며, 또한 기능성 실험으로 항알레르기와 항염증을 포함한 항균성 실험이 연구되지 않았다. 따라서 후속 연구로 염료의 정량화 연구와 다양한 직물의 염색이 필요하며, 항균성 등 직물의 기능성을 좀 더 보완하는 연구가 필요하다고 사료된다.
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