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문제 정의
- 본 연구의 목적은 키토산 섬유에 친환경 염색공정 방법을 제안하기 위하여, 달맞이꽃 염색시 합성매염 (Al, Cu, Fe)과 천연매염(율피)에 따른 색조변화 및 매염 효과를 분석하였다.
- 이에 본 연구의 목적은 키토산 섬유에 친환경 염색공정을 제안하여, 친환경 재생섬유의 후가공법에 대한과학적인 자료를 제시하고자 한다. 염재는 달맞이꽃을 선택하여 합성매염제(Al, Cu, Fe)와 천연매염제(율피) 에 의한 색조변화 및 매염효과를 분석한다.
가설 설정
- )에서 최대값이 나타났으나, 매염제 농도가 증가함에 따라 불균일염 이 발생 되었다. 따라서 본 연구는 선매염 시 Al, Cu의 농도는 3%(o.w.f.), Fe의 농도는 l%(o.w.f.)로 설정하였다.또한 키토산 섬유의 K/S값은 율피의 매염농도 70% (o.
- 키토산 섬유의 선매염 시, Al, Cu의 농도는 3%(o.w.£), Fe의 농도는 l%(o.w.f.), 율피의 농도는 70%(o.w.f.)로설정하였다.
제안 방법
- 셋째, 달맞이꽃 염색 및 매염방법에 따른 염색견뢰도를 측정하여 비교, 검토하였다. 넷째, 달맞이꽃 염색 시 합성, 천연 매염 및 반복 세탁에 따른 항균성을 측정하였다.
- 셋째, 달맞이꽃 염색 및 매염방법에 따른 염색견뢰도를 측정하여 비교, 검토하였다. 넷째, 달맞이꽃 염색 시 합성, 천연 매염 및 반복 세탁에 따른 항균성을 측정하였다.
- 달맞이꽃 농축액을 이용한 키토산 섬유 염색 시 염색조건을 설정하기 위하여 액비 1:100으로 달맞이꽃염액의 온도(50, 60, 70, 80, 90℃), 시간(10, 30, 60, 90분), 농도(10, 50, 100, 200, 300%(o.w.f.))를 변화시켜 염색하였다.
- 달맞이꽃 색소추출은 달맞이꽃의 뿌리, 줄기, 잎100g을 증류수 1000ml에 넣고 90℃에서 60분간 3회에 걸쳐 행하였다. 색소추출액은 회전 증발농축기(Elorator, Rotary Evaporator Re 200, Yamamoto, Japan)를사용하여 100ml로 감압 농축하였다.
- 염색조건을 설정하였다. 둘째, 최적 조건에서 달맞이꽃 염색 시 합성, 천연매염제의 농도 및 매염방법(선, 후매염)에 따른 K/S값, L, a*, b*값 및 H, V C를 측정하여 색상변화를 검토하였다. 셋째, 달맞이꽃 염색 및 매염방법에 따른 염색견뢰도를 측정하여 비교, 검토하였다.
- 둘째, 최적 조건에서 달맞이꽃 염색 시 합성, 천연매염제의 농도 및 매염방법(선, 후매염)에 따른 K/S값, L, a*, b*값 및 H, Y C값을 측정하여 색상변화에 미치는 영향을 검토하였다. 셋째, 염색, 매염방법에 따른 염색견뢰도를 측정하여 비교’ 검토하였다.
- K/S값은 Fe 매염제 농도 증가에 따라 다소 증가하였으나, 오차범위 내로 나타나서 매염제의 양에 영향을 받지 않았다. 따라서 본 연구에서 합성매염제로 키토산 섬유 후매염 시적 정 매 염농도를 Al, Cu, Fe 모두 1%로 설정하였다.
- 둘째, 최적 조건에서 달맞이꽃 염색 시 합성, 천연매염제의 농도 및 매염방법(선, 후매염)에 따른 K/S값, L, a*, b*값 및 H, V C를 측정하여 색상변화를 검토하였다. 셋째, 달맞이꽃 염색 및 매염방법에 따른 염색견뢰도를 측정하여 비교, 검토하였다. 넷째, 달맞이꽃 염색 시 합성, 천연 매염 및 반복 세탁에 따른 항균성을 측정하였다.
- 둘째, 최적 조건에서 달맞이꽃 염색 시 합성, 천연매염제의 농도 및 매염방법(선, 후매염)에 따른 K/S값, L, a*, b*값 및 H, Y C값을 측정하여 색상변화에 미치는 영향을 검토하였다. 셋째, 염색, 매염방법에 따른 염색견뢰도를 측정하여 비교’ 검토하였다. 넷째, 달맞이꽃 염색 시 합성, 천연매염 및 반복 세탁에 따른 항균성을 측정하였다.
- 연구내용은 첫째, 키토산 섬유에 달맞이꽃 염색 시염색조건(온도, 시간, 농도)에 따른 K/S값, L, a*, b* 값 및 H, V, C값을 측정하여 색상변화를 검토하고, 최적 염색조건을 설정하였다. 둘째, 최적 조건에서 달맞이꽃 염색 시 합성, 천연매염제의 농도 및 매염방법(선, 후매염)에 따른 K/S값, L, a*, b*값 및 H, V C를 측정하여 색상변화를 검토하였다.
- 연구내용은 첫째, 키토산 섬유에 달맞이꽃 염색 시염색조건(온도, 시간, 농도)에 따른 K/S값, L, a*, b*값 및 H, V, C값을 측정하여 최적 염색조건을 설정하였다. 둘째, 최적 조건에서 달맞이꽃 염색 시 합성, 천연매염제의 농도 및 매염방법(선, 후매염)에 따른 K/S값, L, a*, b*값 및 H, Y C값을 측정하여 색상변화에 미치는 영향을 검토하였다.
- 자료를 제시하고자 한다. 염재는 달맞이꽃을 선택하여 합성매염제(Al, Cu, Fe)와 천연매염제(율피) 에 의한 색조변화 및 매염효과를 분석한다. 달맞이꽃은바늘꽃과의 두해살이풀로, 학명은 Oenothera odorata jacquin이고, 율피는 밤의 껍질로 학명은 Chestnut shell이다.
- 후매염은 달맞이꽃 염색의 최적 조건으로 키토산 섬유를 염색한 후 선매염과 동일한 조건으로 매염 처리 하였다. 모든 실험은 3희 반복하였다.
대상 데이터
- 세탁견뢰도에 사용된 세제는 KS M 2704 가루세탁비누를 사용하였다. 드라이클리닝 견뢰도 측정은 퍼클로로에틸렌(CbC, Duksan Pure Chemical Co., Ltd)을 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 시료는 텍산메드테크(주)에서 제공한 키토산 부직포를 사용하였다. 시료의 특성은 <Table 1>과 같다.
- , Ltd)을 사용하였다. 세탁견뢰도에 사용된 세제는 KS M 2704 가루세탁비누를 사용하였다. 드라이클리닝 견뢰도 측정은 퍼클로로에틸렌(CbC, Duksan Pure Chemical Co.
- 염재는 달맞이꽃(국산)의 뿌리, 줄기, 잎 혼합 형태를 사용하였고, 천연매염제는 율피(국산)를 사용하였다.
- , Ltd)(이하 Al, Cu, Fe이라 함)을 사용하였다. 항균성 시험은 nutrient agar(DIFCO Lab.), nutrient broth agar(DIFCO Lab.), brain heart infusion agar(DIFCO Lab.), tryptone glucose extract agar(DIFCO Lab.), 염화나트륨 (NaCl, sodium chloride, Duksan Pure Chemical Co., Ltd), 인산수소나트륨(NaHzPOrZHzO, sodium phosphate monobasic, Duksan Pure Chemical Co., Ltd), 제2 인산수소나트륨(Na2HPC*T2H2O, sodium phosphate dibasic 12-water, Duksan Pure ChemicalCo., Ltd)을 사용하였다. 세탁견뢰도에 사용된 세제는 KS M 2704 가루세탁비누를 사용하였다.
데이터처리
- 모든 실험은 10회 반복 측정하고, 평균값과 표준오차(95% 신뢰구간)를 계산하였다.
이론/모형
- 드라이클리닝견뢰도는 드라이클리닝 시험기 (SuitihinTesting M.C Co, Korea)를 사용하여 KS K ISO 105-D01에 준하여 측정하였다.
- 세탁견뢰도는 Launder-O-meter(Koa Shokai Ltd, Kyoto, Japan)를 사용하여 KS K ISO 105-C01에 준하여 측정하였다.
- 염착량은 색차계 (Computer Color Matching System, JX777, Japan, 이하 CCM이라 함)를 사용하여 각 염색 시료의 표면반사율을 측정 후, Kubelka-Mwk식에 의해 K/S값을 산출하였다.
- 일굉견뢰도는 Fade-O-Meter(Carbon arc, Atlas Electric Devices Co, LLS.A.)를 사용하여 KS K 0700에 준하여 측정하였다.
- 표면색은 색차계를 사용하여 Munsell의 표색계 변환법으로 색의 삼속성인 색상(H), 명도(V), 채도(C)를 구하였다. CIE Lab색차에 의하여 L, a*, b*값을 측정하였다.
- 항균성 은 공시 균으로 횡색 포도상구균 (StaphylOCOCCMS aureus, ATCC6538)을 사용하여 , 균수측정 법으로 측정하였다.
성능/효과
- <Fig. 2>에서 키토산 섬유는 합성매염제를 이용한 선매 염 시, 염착량이 높게 나타났으며, 특히 Cu 선매 염 시 가장 높은 염착량이 나타났다. 이는 키토산 섬유가 Cu 이온에 대한 흡착력이 우수하기 때문이다(신윤숙, 최승연, 2008).
- V값은 Al, Cu, Fe 후매염 시 무매염에 비해 명도가낮아지는 것으로 나타났다. C값은 Al 후매 염 시 무 매염에 비해 채도가 높게 나타났으나, Cu, Fe 후 매염 시 무매 염에 비해 채도가 낮게 나타났다.
- 이는 매염제 농도가 일정 농도 이상 증가함에 따라 미 반응 매 염제가 침전되어 염착농도를 저하시켰기 때문으로 생각된다. K/S값은 Fe 매염제 농도 증가에 따라 다소 증가하였으나, 오차범위 내로 나타나서 매염제의 양에 영향을 받지 않았다. 따라서 본 연구에서 합성매염제로 키토산 섬유 후매염 시적 정 매 염농도를 Al, Cu, Fe 모두 1%로 설정하였다.
- 면백포 오염은 드라이클리닝 횟수에 관계없이 A1 선매염 시 5등급, Cu, Fe 선매염 시 4~5등급으로 무매 염(5등급)과 유사하였다. 견백포 오염은 드라이클리닝 횟수에 관계없이 A1, Cu, Fe 선매 염 시 5등급으로 우수하였다.
- 면백포 오염은 세탁 횟수에 관계없이 A1 후매 염 시 3등급, Cu 후매 염 시 2~3등급, Fe 후매 염 시 4등급으로 무매 염(4등급)과 유사하거나 감소되었다. 견백포 오염은 세탁횟수에 관계없이 A1 후매 염 시 5등급, Cu 후매 염 시 4~5등급, Fe 후매염 시 4등급으로 무매 염(5등급)으로 우수하였다.
- Al, Fe 선매염 시 면백포 오염은 세탁 횟수에 관계없이 2~3등급으로 무매염(4등급)에 비해 감소되었다. 견백포 오염은 세탁횟수에 관계없이 무매염 시 5등급, Al, Fe 선매 염 시 4등급, Cu 선매 염 시 4~5등급으로 우수하였다.
- 9%로 우수하였다. 따라서 달맞이꽃을 이용한 키토산 섬유 염색 시, 달맞이꽃과 키토산 섬유의 항균성이 동시에 모두 작용함으로써 우수한 항균성이 지속됨을 확인하였다.
- 따라서 달맞이꽃을 이용한 키토산 섬유 염색 시, 율피매염에 의하여 키토산 섬유의 우수한 항균성이 유지되는 것으로 확인되었다.
- 따라서 본 연구에서 달맞이꽃으로 키토산 섬유 염색 시 적정 농도는 200%(o.w.f.)이다.
- 따라서 본 연구에서 키토산 섬유의 색상은 Al, Cu, Fe, 율피의 선매 염, 후매 염 결과, 주로 reddish & yellow로 확인되었다.
- 이는 키토산 섬유의 구조 단위인 글루코사민의 -C2 위치의 아민기(-NH2)가 양이온화(-NEbD 되면서 항균성을 발휘하기 때문이다(조경래, 1997). 또한 달맞이꽃 염색 시에도 키토산 섬유의 우수한 항균성은 유지되었다. 이는 달맞이꽃의 주성분인 감마리놀렌산의 항균성이 우수하기 때문이다.
- 드라이클리닝 횟수에 관계없이 변퇴가 5등급으로 무매염(5등급)과 동일하였다. 면백포 오염은 드라이클리닝 횟수에 관계없이 Al, Cu 후매염 시 5등급, Fe 후매염 시 4~5등급으로 무매염(5등급)과 우수하였다. 견백포 오염은 드라이클리닝 횟수에 관계없이 A1, Cu, Fe 후매 염 시 5등급으로 무매 염(5등급)과 동일하였다.
- 반복 세탁 및 드라이클리닝 후 항균성은 합성 매염제 종류와 방법에 관계없이 모두 99.9%로 우수하였다. 따라서 달맞이꽃을 이용한 키토산 섬유 염색 시, 달맞이꽃과 키토산 섬유의 항균성이 동시에 모두 작용함으로써 우수한 항균성이 지속됨을 확인하였다.
- 본 연구에서 드라이클리닝견뢰도는 합성, 율피매염시 모두 우수한 것으로 나타났다. 따라서 키토산 섬유에 달맞이꽃 염색 시 매염효과 및 견뢰도가 우수한 율피 천연매염을 적용하면 인체, 환경친화적 천연 염색공정 이 도입될 것으로 기대된다.
- 본 연구에서 세탁견뢰도는 합성매염 시 후매염이, 율피매염 시 선매염이 우수한 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 키토산 섬유는 무매염 시에도 우수한염착량과 세탁견뢰도가 나타났다. 이는 키토산 섬유가 염료와의 반응성이 큰 아미노기를 다량 함유하여, 염착률 및 견뢰도가 우수하므로 매염과정 이 생략될 수 있다는 선행연구과 일치한다(전동원 외, 2004).
- 연구에서 세탁견뢰도는 합성매염 시 후매염이, 율피매염 시 선매염이 우수한 것으로 나타났다.
- <Table 5>에서 드라이클리닝견뢰도는 드라이클리닝 횟수에 관계없이 무매염, 합성매염제를 이용한 선매 염은 변퇴 5등급으로 우수하였다. 면백포 오염은 드라이클리닝 횟수에 관계없이 A1 선매염 시 5등급, Cu, Fe 선매염 시 4~5등급으로 무매 염(5등급)과 유사하였다.
- <Table 6>에서 무매염 시 키토산 섬유의 일광견뢰도는 3등급, 합성매염제를 이용한 A1 선매염 시 3등급으로 무매염과 동일하였고, Cu, Fe 선매염 시는 4등급으로 향상되었다. 천연매염제를 이용한 율피 선매 염 시 , 3등급으로 무매염과 동일하였다.
- 율피 선매염 시, 드라이클리닝견뢰도는 드라이클리닝 횟수에 관계없이 변퇴 5등급, 오염은 면백포 4~5등급, 견백포 5등급으로 합성 선매염과 동일하거나 우수하였다.
- 율피를 이용한 선매염 시, L값은 무매염에 비해 감소하였으며 선매염에 의해 명도가 낮아지는 것으로 나타났다. 율피 선매 염 시 a*값과 b*값은 무매염과 동일한 +a, +b(red-yellow)영역에 위치하였다.
- 율피를 이용한 후매염 시, L값은 무매염에 비해 후 매염에 의해 명도가 낮아지는 것으로 나타났다. a*값과 b*값은 율피 후매염 시 무매염과 동일한 +a, +b(red-yellow)영역에 위치하였다.
- 이상의 결과를 통해, 달맞이꽃에 의한 키토산 섬유 염색 시 적정 염색조건은 온도 70℃ 시간 30분, 농도 200%(o.w.f.)로 설정하였다.
- H값은 무매염 시 yellow 로 나타났으나, 율피 후매염 시 yellow red로 색상이 변화하였다. 키토산 섬유의 V값은 후매염 시 무 매염에 비해 명도가 낮아지는 것으로 나타났다. 키토산 섬유의 C값은 후매염 시 무매염에 비해 다소 감소되었다.
- 키토산 섬유의 우수한 항균성은 달맞이꽃 염색 및 합성, 율피매염, 반복 세탁후에도 내구성이 유지되었다.
- 합성매염제를 이용한 선매염 시, L값은 무매염에비해 감소되어 선매염에 의해 명도가 낮아지는 것으로 나타났다. Al, Cu, Fe 선매염 시, a*값과 b*값은무매 염과 동일한 +a, +b(red-yellow)영역에 위치하였다.
- 합성매염제를 이용한 후매염 시, L값은 무매염에비해 명도가 낮아지는 것으로 나타났다. a*값과 b*값은 합성매염 시 무매염과 동일한 +a, +b(red-yellow) 영역에 위치하였다.
- 합성매염제를 이용한 후매염 시, 키토산 섬유의 세탁 견뢰도는 세탁횟수에 관계없이 변퇴가 5등급으로 무 매염(3~4등급)에 비해 향상되었다. 면백포 오염은 세탁 횟수에 관계없이 A1 후매 염 시 3등급, Cu 후매 염 시 2~3등급, Fe 후매 염 시 4등급으로 무매 염(4등급)과 유사하거나 감소되었다.
- 합성매염제를 이용한후매염 시, 키토산 섬유의 일광견뢰도는 Al, Cu, Fe 후매염 시 에는 4등급으로 향상되었다. 천연매염제를 이용한 율피 후매염 시, 3등급으로 무매염과 동일하였다.
후속연구
- 모두 우수한 것으로 나타났다. 따라서 키토산 섬유에 달맞이꽃 염색 시 매염효과 및 견뢰도가 우수한 율피 천연매염을 적용하면 인체, 환경친화적 천연 염색공정 이 도입될 것으로 기대된다.
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