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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 가정용 전기세탁기를 사용하는 소비자들에게 시판되는 와류식 세탁기와 드럼식 세탁기 그리고 시판 세제 상품에 대한 정확하고 실용적인 정보를 제공하고, 세탁기와 세제 생산자들에게 세탁기 성능, 세제성분 개발 및 향상에 기초자료를 제공하여 도움을 주고, 또한 소비자들이 세탁기와 세제를 구매선택하거나 사용할 때 합리적인 선택을 할 수 있도록 도움을 주고자 한다. 따라서 본 연구문제는 와류식 세탁기와 드럼식 세탁기의 세탁시간과 물소비량으로 에너지 소비에 대해 알아보고 한다. 또한 시판 세제 종류별, 단백질, 지용성 등 오염 종류별로 각종 두 종류 세탁기, 세제 및 오염포에 대한 세탁성을 평가하고, 최종 세액의 알칼리도와 계면활성제의 정량분석으로 헹굼 성능, 그리고 세탁 중에 세탁물의 엉킴도와 섬유손상도를 비교 평가하고자 한다.
- 따라서 본 연구의 목적은 가정용 전기세탁기를 사용하는 소비자들에게 시판되는 와류식 세탁기와 드럼식 세탁기 그리고 시판 세제 상품에 대한 정확하고 실용적인 정보를 제공하고, 세탁기와 세제 생산자들에게 세탁기 성능, 세제성분 개발 및 향상에 기초자료를 제공하여 도움을 주고, 또한 소비자들이 세탁기와 세제를 구매선택하거나 사용할 때 합리적인 선택을 할 수 있도록 도움을 주고자 한다. 따라서 본 연구문제는 와류식 세탁기와 드럼식 세탁기의 세탁시간과 물소비량으로 에너지 소비에 대해 알아보고 한다.
- 본 연구의 목적은 시중에서 판매되고 있는 가정용 전기세탁기를 사용하는 소비자들에게 와류식 세탁기와 드럼식 세탁기 각종 성능에 대한 정확하고 실용적인 정보를 제공하고자 한 것으로, 소비자가 세탁기의 구매, 선택이나 사용에 도움을 주기 위해 두 종류 세탁기의 에너지 소비, 세탁성, 헹굼성, 그리고 세탁 중 세탁물의 엉킴도와 섬유손상도를 비교 평가하였다. 또한 세탁기와 세제 생산자들에게 세탁기 성능, 세제성분 개발 및 향상에 기초자료를 제공하여 도움을 주고자 시판 세제 종류별, 오염의 종류별 세탁성을 비교하였다.
제안 방법
- AHAM 규정에 의하여, 세제량을 정량분석하기 위해 탈수직물인 표준인공오염포 EMPA 108의 맨 끝에 붙어있는 100% 면백포를 잘라내서, UV/Visible spectrophotometer(Ultrospec 2100 pro)를 이용하여 탈수직물의 세제액의 흡광도를 측정하여 주어진 식에 의해 직물무게당 세제량을 계산하였다. 실험절차와 계산법은 ANSI/AHAM HLW-1-2007에 의거하였다.
- pH meter(Orion 3 Star PH Benchtop)를 이용하여 와류식 세탁기와 드럼식 세탁기의 세탁액과 최종 회전탈수기에서 배수되어 나온 헹굼액을 받아 각각 pH를 측정하였다.
- 세탁하면서 세탁시간, 헹굼시간과 총 세탁시간을 초시계로 3회 측정하여 평균치로 비교를 하였다. 그리고 세탁공정별, 세탁기 배수관을 통하여 흘러나오는 세제액을 수조에 받아내어, 세탁액량, 헹굼액량, 총 액량 등의 액체 부피를 비이커로 측정하고, 3회 반복실험의 결과를 평균하여 두 종류 세탁기의 물의 소비량과 총 세탁시간에 대해 비교분석하였다.
- 본 연구의 목적은 시중에서 판매되고 있는 가정용 전기세탁기를 사용하는 소비자들에게 와류식 세탁기와 드럼식 세탁기 각종 성능에 대한 정확하고 실용적인 정보를 제공하고자 한 것으로, 소비자가 세탁기의 구매, 선택이나 사용에 도움을 주기 위해 두 종류 세탁기의 에너지 소비, 세탁성, 헹굼성, 그리고 세탁 중 세탁물의 엉킴도와 섬유손상도를 비교 평가하였다. 또한 세탁기와 세제 생산자들에게 세탁기 성능, 세제성분 개발 및 향상에 기초자료를 제공하여 도움을 주고자 시판 세제 종류별, 오염의 종류별 세탁성을 비교하였다. 다양한 세탁 실험을 통해 얻은 결과로부터 유추하여 아래와 같은 결론을 도출하였다.
- 따라서 본 연구문제는 와류식 세탁기와 드럼식 세탁기의 세탁시간과 물소비량으로 에너지 소비에 대해 알아보고 한다. 또한 시판 세제 종류별, 단백질, 지용성 등 오염 종류별로 각종 두 종류 세탁기, 세제 및 오염포에 대한 세탁성을 평가하고, 최종 세액의 알칼리도와 계면활성제의 정량분석으로 헹굼 성능, 그리고 세탁 중에 세탁물의 엉킴도와 섬유손상도를 비교 평가하고자 한다.
- 세탁실험 할 때 세탁조의 세탁물 용량을 맞추기 위하여 기본세탁부하를 이용하였는데, 기본세탁부하는 KS C IEC 60456에서 규정하는 면직물로 된 타월, 시트와 베갯잇으로 구성되었다. 매회 세탁 시베갯잇 4장, 시트 2장, 타월 13장을 한 세탁조에 넣어 세탁하였다(Table 3).
- 세제의 기본 성분은 T세제의 경우, 고급천연알코올계(비이온)계면활성제, 직쇄알킬벤젠계(음이온), 알파올레핀계(음이온), 산소계표백제, 알칼리제, 효소 등이며, P세제의 경우, 직쇄알킬벤젠(음이온), 고급알콜계, 알코올폴리옥시에틸렌에테르(비이온), 산소계표백제, 알칼리제, 오염 재부착방지제, 2중효소 등이다. 세제 종류별 세탁 실험할 때에 세탁액의 농도는 세제 생산업체에서 규정하는 표준사용량을 투입하여 실험을 진행하고, 두 종류의 세탁기와 두 종류 세제의 세탁성능을 비교분석하였다.
- 엉킴도는 ANSI/AHAM HLW-1987에 의거하여 실험용 남성용 셔츠 14장을 이용하여 측정하였다. 세탁 후 셔츠가 한 장씩 나오든지 혹은 덩어리로 엉켜 나오든지 꺼내는 경우의 수마다 섞이지 않도록 따로 구분해서 모아 두고, 엉킨 셔츠의 수와 상태를 파악하여 규정 식에 의해 엉킴도(R)를 계산하였다.
- 세탁기의 헹굼성능을 평가하기 위해서는 세탁 중의 헹굼액 혹은 세탁 후 세탁포에 잔류되어 있는 세제성분 중의 음이온 계면활성제와 알칼리 빌더를 다음의 방법으로 세제 잔류량으로 평가하였다.
- 세탁실험 할 때 세탁조의 세탁물 용량을 맞추기 위하여 기본세탁부하를 이용하였는데, 기본세탁부하는 KS C IEC 60456에서 규정하는 면직물로 된 타월, 시트와 베갯잇으로 구성되었다. 매회 세탁 시베갯잇 4장, 시트 2장, 타월 13장을 한 세탁조에 넣어 세탁하였다(Table 3).
- 세탁하면서 세탁시간, 헹굼시간과 총 세탁시간을 초시계로 3회 측정하여 평균치로 비교를 하였다. 그리고 세탁공정별, 세탁기 배수관을 통하여 흘러나오는 세제액을 수조에 받아내어, 세탁액량, 헹굼액량, 총 액량 등의 액체 부피를 비이커로 측정하고, 3회 반복실험의 결과를 평균하여 두 종류 세탁기의 물의 소비량과 총 세탁시간에 대해 비교분석하였다.
- EMPA 108은 5가지 종류의 다양한 인공오염물이 묻어있는 정사각형의 직물조각들과 한 장의 흰색 백포 총 6개 직물이 한 세트로 구성되어 있다. 오염포는 기본세탁부하에 매번 세탁할 때마다 타월 두 장에 각각 EMPA 108 한 세트를 타월 한 장씩에 바느질하여 견고히 부착하여 사용하였다. 한차례 실험이 끝난 뒤 오염포를 떼어내고 완전 건조시킨 후, 오염포는 세탁률 측정에 사용하였고, 비오염 백포는 UV 측정에 사용하였다.
- 전자동 수질 자동 분석기(AutoAnalyzer 3, SEAL Analytical사 제조)를 사용하여 음이온계면활성제의 양을 분석하였다. 음이온 계면활성제가 메틸렌블루와 반응하여 생성된 청색의 착화합물을 클로로폼으로 추출하여 650nm의 흡수파장에서 흡광도를 측정하는 것으로, 흐름주입분석기 및 이와 동등 이상의 성능을 갖는 자동 분석기에 의한 방법이며, 헹굼비는 다음의 식으로 계산하였다(Kim, 2013).
- 오염포는 기본세탁부하에 매번 세탁할 때마다 타월 두 장에 각각 EMPA 108 한 세트를 타월 한 장씩에 바느질하여 견고히 부착하여 사용하였다. 한차례 실험이 끝난 뒤 오염포를 떼어내고 완전 건조시킨 후, 오염포는 세탁률 측정에 사용하였고, 비오염 백포는 UV 측정에 사용하였다.
대상 데이터
- 세탁기 및 세제의 세탁성능을 평가하기 위하여, 오염포는 KS C IEC 60456에서 규정한 표준인공오염포 EMPA 108을 구입하여 세탁하였다(Table 4). EMPA 108은 5가지 종류의 다양한 인공오염물이 묻어있는 정사각형의 직물조각들과 한 장의 흰색 백포 총 6개 직물이 한 세트로 구성되어 있다.
- 의류세탁용 세제는 시장점유율과 인지도가 높은 약알칼리성 분말형의 합성세제 P제품(H사)과 T제품(L사)을 선정하였는데, 와류식 세탁기에는 일반용 세제를 사용하고, 드럼식 세탁기에는 드럼용 세제를 사용하였다(Table 2). 일반용 세제와 비교했을때 드럼용 세제에는 거품 발생을 억제하는 소포제와 이염을 방지하는 이염방지제가 추가되었고, 기타 성분은 동일하였다.
데이터처리
- 표준코스는 물높이와 물살이 중간이며, 헹굼은 3회, 탈수는 강하게 세탁공정이 설정되어 있다. 모든 세탁실험의 결과는 3회 반복 실험하여 평균을 구하였다.
- 세탁기와 세제 및 오염포의 종류별 세탁성능의 평가는 분광광도계(Macbeth Color-eye 3000)를 이용하여 파장 520nm에서 시험포(원포, 세탁포, 오염포)의 앞면과 뒷면 네 군데의 표면반사율을 측정하여 평균값을 구한 후, 해리스식에 의한 세탁율(D)과 위에서 측정한 원포, 오염포, 세탁포의 표면반사율로부터 K/S값을 구하고, 쿠벨카뭉크(Kubelka Munk)식에 의해 계산한 세탁율(DK/S), 두 가지 식에 의해 세탁률을 계산하여 비교하였다(Kim, 2013).
이론/모형
- AHAM(American National Standard Performance Evaluation Procedure for Household Washers)은 미국의 국가규격으로 본 실험은 ANSI/AHAM HLW1-1987에 의거하여 ETL Testing Laboratories, Inc(New York, USA)로부터 구입한 표준규격 직물을 21.3cm×28cm로 자른 후 세탁하여, 사직으로 제직한 폴리에스테르 마르퀴셋 직물의 경사와 위사의 손상 된 부분이나 올이 뒤틀린 부분을 규정 계산법에 의해 손상도를 평가하였다.
- 세탁기는 L사에서 생산하는 대표적인 6모션 와류식 세탁기와 6모션 드럼식 세탁기 두 종류의 용량이 유사한 초대형 가정용 전기세탁기를 사용하여 KS C IEC 60456 방법에 의거하여 세탁하였다. 시험용 세탁기의 특성은 [Table 1]과 같다.
- AHAM 규정에 의하여, 세제량을 정량분석하기 위해 탈수직물인 표준인공오염포 EMPA 108의 맨 끝에 붙어있는 100% 면백포를 잘라내서, UV/Visible spectrophotometer(Ultrospec 2100 pro)를 이용하여 탈수직물의 세제액의 흡광도를 측정하여 주어진 식에 의해 직물무게당 세제량을 계산하였다. 실험절차와 계산법은 ANSI/AHAM HLW-1-2007에 의거하였다.
- 엉킴도는 ANSI/AHAM HLW-1987에 의거하여 실험용 남성용 셔츠 14장을 이용하여 측정하였다. 세탁 후 셔츠가 한 장씩 나오든지 혹은 덩어리로 엉켜 나오든지 꺼내는 경우의 수마다 섞이지 않도록 따로 구분해서 모아 두고, 엉킨 셔츠의 수와 상태를 파악하여 규정 식에 의해 엉킴도(R)를 계산하였다.
성능/효과
- [Table 7]은 오염의 종류별 세탁성을 비교한 결과에서 나타낸 세탁률 순위이다. 4종류의 세제를 사용하여 세탁한 결과, 모두 오염포 EMPA 111(blood)에서 세탁률(D)이 제일 높게 나타났고, 일반용 P세제와 일반용 T세제를 사용하였을 때 나머지 오염포는 세탁률(D)이 높은데서, 낮은 순으로는 EMPA 118(sebum/pigment), EMPA 122(aged red wine), EMPA 112(cocoa), EMPA 106(IEC carbon black/mineral oil)이었고, 드럼용 P세제는 EMPA 112, EMPA 118, EMPA 106, EMPA 122 순이었으며, 드럼용 T세제는 EMPA 118, EMPA 112, EMPA 106, EMPA 122 순이었다.
- K/S값에 의한 세탁률(DK/S) 평가에서, P세제로 세탁을 했을 때 모든 오염포에서 드럼식 세탁기가 와류식 세탁기보다 세탁률이 우수하게 나타났고, T 세제로 세탁을 했을 때 EMPA 122(aged red wine) 오염포를 제외한 모든 오염포에서도 드럼식 세탁기가 와류식 세탁기보다 세탁률이 더 우수하게 나타났지만, EMPA 122(aged red wine) 오염포에서는 와류식 세탁기의 세탁률이 더 우수하게 나타났다.
- 메틸렌블루법으로 T세제의 세탁액과 탈수액 중의 계면활성제 농도를 측정하여 헹굼비를 계산한 결과(Table 9), 헹굼비가 와류식 세탁기가 드림식 세탁기보다 조금 더 큰 수치를 나타내어, 와류식 세탁기의 헹굼성이 더 우수하다고 판단된다. T세제의 탈수액을 이용하여 UV 측정결과 와류식 세탁기가 드럼식 세탁기보다 면백포에 잔류한 계면활성제의 양이 조금 더 적으므로 와류식 세탁기가 드럼식 세탁기보다 헹굼성이 조금 더 우수하다고 판단된다.
- [Table 6]에서 보는 것과 같이 EMPA 122 오염포를 제외한 모든 오염포에서 일반용 P세제가 일반용 T세제보다 세탁률(D)이 더 우수하게 나타났지만, EMPA 122 오염포에서는 일반용 T세제가 일반용 P 세제보다 세탁률(D)이 더 우수하게 나타났다. 그리고 모든 오염포에서 드럼용 P세제가 드럼용 T세제보다 세탁률(D)이 더 우수하게 나타났다.
- [Table 6]에서 보는 것과 같이 표면반사율에 의한 세탁률(D) 평가에서, P세제로 세탁을 했을 때 모든 오염포에서 드럼식 세탁기가 와류식 세탁기보다 세탁률이 우수하게 나타났고, T세제로 세탁을 했을 때 EMPA 122(aged red wine) 오염포를 제외한 모든 오염포에서도 드럼식 세탁기가 와류식 세탁기보다 세탁률이 더 우수하게 나타났지만, EMPA 122 오염포에서는 와류식 세탁기의 세탁률이 더 우수하게 나타났다.
- 총 세탁시간은 [Table 5]에서 보는 바와 같이, 두 종류 세탁기가 비슷하게 측정되어 차이를 나타내지 않았다. 그러나 세탁공정별로 보았을 때 와류식 세탁기는 물 투입량이 많아서 투입시간이 긴 반면, 세탁공정 시간은 와류식 세탁기가 평균 27분 1초로 측정되어 드럼식 세탁기보다 세탁시간이 더 적게 소요되고, 헹굼시간은 드럼식 세탁기가 평균 26분 18초로 측정되어 와류식 세탁기보다 헹굼시간이 더 짧았고, 탈수시간은 드럼식 세탁기가 평균 11분 17초로 측정되어 와류식 세탁기보다 탈수시간이 더 짧게 소요되었다. 그러므로 총 세탁시간은 두 종류 세탁기가 비슷하나, 와류식 세탁기가 모터가 쉬지 않고 움직이는 세탁공정 시간을 더 적게 소요함으로써 전기에너지 절약에 영향을 미칠 것으로 판단된다.
- [Table 6]에서 보는 것과 같이 EMPA 122 오염포를 제외한 모든 오염포에서 일반용 P세제가 일반용 T세제보다 세탁률(D)이 더 우수하게 나타났지만, EMPA 122 오염포에서는 일반용 T세제가 일반용 P 세제보다 세탁률(D)이 더 우수하게 나타났다. 그리고 모든 오염포에서 드럼용 P세제가 드럼용 T세제보다 세탁률(D)이 더 우수하게 나타났다. 마찬가지로 EMPA 122 오염포를 제외한 모든 오염포에서 일반용 P세제가 일반용 T세제보다 세탁률(DK/S)이 더 우수하게 나타났지만 EMPA 122 오염포에서는 일반용 T세제가 일반용 P세제보다 세탁률(DK/S)이 더 우수하게 나타났다.
- 마찬가지로 EMPA 122 오염포를 제외한 모든 오염포에서 일반용 P세제가 일반용 T세제보다 세탁률(DK/S)이 더 우수하게 나타났지만 EMPA 122 오염포에서는 일반용 T세제가 일반용 P세제보다 세탁률(DK/S)이 더 우수하게 나타났다. 그리고 모든 오염포에서 드럼용 P세제가 드럼용 T세제보다 세탁률(DK/S)이 더 우수하게 나타났다. 이는 세제 성분의 종류 및 각성분의 비율에 의한 차이로 판단된다.
- 둘째, 세제와 오염의 종류별 세탁성능을 비교한 결과, 거의 모든 오염포에서 오염의 종류와 상관없이 P세제가 T세제보다 세탁성이 더욱 우수하다. 또한 세제 종류와 상관없이 수용성 단백질오염은 제거율이 가장 우수하며, 지용성 오염과 특히 색소 성분의 제거가 어렵다.
- 그리고 모든 오염포에서 드럼용 P세제가 드럼용 T세제보다 세탁률(D)이 더 우수하게 나타났다. 마찬가지로 EMPA 122 오염포를 제외한 모든 오염포에서 일반용 P세제가 일반용 T세제보다 세탁률(DK/S)이 더 우수하게 나타났지만 EMPA 122 오염포에서는 일반용 T세제가 일반용 P세제보다 세탁률(DK/S)이 더 우수하게 나타났다. 그리고 모든 오염포에서 드럼용 P세제가 드럼용 T세제보다 세탁률(DK/S)이 더 우수하게 나타났다.
- 마찬가지로 오염포 EMPA 111에서 세탁률(DK/S)이 제일 높게 나타났고, 일반용 P세제와 일반용 T세제를 사용하였을 때 나머지 오염포는 세탁률(DK/S)이 높은데서 낮은 순으로는 EMPA 118, EMPA 122, EMPA 112, EMPA 106이였고, 드럼용 P세제는 EMPA 112, EMPA 118, EMPA 106, EMPA 122 순이었으며, 드럼용 T세제는 EMPA 118, EMPA 112, EMPA 106, EMPA 122 순이었다.
- 메틸렌블루법으로 T세제의 세탁액과 탈수액 중의 계면활성제 농도를 측정하여 헹굼비를 계산한 결과(Table 9), 헹굼비가 와류식 세탁기가 드림식 세탁기보다 조금 더 큰 수치를 나타내어, 와류식 세탁기의 헹굼성이 더 우수하다고 판단된다. T세제의 탈수액을 이용하여 UV 측정결과 와류식 세탁기가 드럼식 세탁기보다 면백포에 잔류한 계면활성제의 양이 조금 더 적으므로 와류식 세탁기가 드럼식 세탁기보다 헹굼성이 조금 더 우수하다고 판단된다.
- 6L로 측정되어 와류식 세탁기보다 물을 53% 적게 사용하였다. 세탁 공정별로 봤을 때도, 세탁액도 드럼식 세탁기가 평균 19.4L로 측정되어 와류식 세탁기보다 74% 적게 사용하였고, 헹굼액도 드럼식 세탁기가 평균 94.2L가 측정되어 와류식 세탁기보다 44% 더 적게 사용하였다. 따라서 세탁액량으로 비교하였을 때 와류식 세탁기보다 드럼식 세탁기가 물사용량이 적으므로 물을 더 절약한다고 볼 수 있다.
- 세탁 중에 섬세한 마르퀴셋 직물의 미어짐의 정도로 섬유손상도를 측정한 결과, [Table 10]에 나타난 바와 같이, 드럼식 세탁기가 와류식 세탁기보다 섬유손상도가 낮게 나타난 것으로 보아 표준코스에서 드럼식 세탁기가 와류식 세탁기보다 섬유가 덜 손상된다고 판단된다. 이 결과는 [Table 11]에서 섬유의 엉킴도와 연관을 보였다.
- 전반적으로 드럼식 세탁기가 와류식 세탁기보다 세탁성이 우수하게 나타났는데, 이는 드럼식 세탁기의 세탁공정 시간이 41분 13초로 와류식 세탁기의 27분 1초보다 매우 길었으며, 회전시 세탁물의 낙차에 의한 물리적인 힘이 추가되어 우수한 세탁성에 영향을 주었을 것으로 생각된다. 예외적으로 T 세제를 사용하였을 때 오염포 EMPA 122(aged red wine)에서는 와류식 세탁기의 세탁성이 더 우수하게 나타났는데, 이는 색소 오염에 대해 작용된 세제성분의 차이 때문이라고 판단된다.
- 첫째, 와류식과 드럼식 가정용 전기세탁기 종류별 각종 성능을 비교한 결과, 물 에너지 소비량의 경우, 전체 세탁과정에서 총 물의 사용량은 드럼식 세탁기가 와류식 세탁기보다 물을 53% 적게 사용하였으므로 드럼식 세탁기가 물의 사용량을 더 절약할 수 있으며, 와류식 세탁기의 경우 드럼식 세탁기보다 세탁공정 시간이 짧으므로 전기에너지 절약에 더욱 유리할 것이다. 세탁성의 경우, 드럼식 세탁기가 와류식 세탁기보다 거의 모든 세제와 오염포에서 세탁성이 현저하게 우수하며, 헹굼성의 경우는 반대로 와류식 세탁기가 드럼식 세탁기보다 약간 우수하다.
- 28 낮게 나타났다. 표준코스에서 알칼리도로 헹굼성을 평가할 때 와류식 세탁기가 드럼식 세탁기보다 탈수액의 pH가 수치상으로 조금 낮게 나타난 것으로 보아, 헹굼성이 조금 더 우수하다고 판단된다.
후속연구
- 또한 세제 종류와 상관없이 수용성 단백질오염은 제거율이 가장 우수하며, 지용성 오염과 특히 색소 성분의 제거가 어렵다. 따라서 다양한 세제를 사용해서 세탁물 중에 오염을 완전하게 제거하기 위한 후속적인 세탁 연구가 요구된다. 또한 지용성 오염과 색소 성분 제거에 더욱 효과적인 세탁방법(세탁 온도 등)과 물리적인 힘, 세제 중 계면활성제 및 조제(표백제 등)의 개발이 더욱 필요하다.
- 따라서 다양한 세제를 사용해서 세탁물 중에 오염을 완전하게 제거하기 위한 후속적인 세탁 연구가 요구된다. 또한 지용성 오염과 색소 성분 제거에 더욱 효과적인 세탁방법(세탁 온도 등)과 물리적인 힘, 세제 중 계면활성제 및 조제(표백제 등)의 개발이 더욱 필요하다.
- 본 연구의 세탁기와 세제의 종류별 성능 비교 평가 결과는 소비자와 생산자에게 실용적인 정보를 제공함으로써, 소비자에게는 구매 선택이나 사용에 도움을 주며, 생산자에게는 세탁기와 세제의 신개발에 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
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