[논문]닥섬유사 흡수량과 염색 불균일의 상관관계에 관한 통계적 평가

장영상; 최경은; 정우영; 손희정; 길명섭

doi:10.12772/tse.2014.51.089

닥섬유사 흡수량과 염색 불균일의 상관관계에 관한 통계적 평가
Statistical Estimation of Correlation between Uneven Dyeing and Absorption of Mulberry Fiber

한국섬유공학회지 = Textile science and engineering, v.51 no.2, 2014년, pp.89 - 95

장영상 (전북대학교 유기소재파이버공학과) , 최경은 (전주교육대학교 실과교육과) , 정우영 (한국니트산업연구원) , 손희정 (한국니트산업연구원) , 길명섭 (전북대학교 유기소재파이버공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the correlation between the uneven dyeing and absorption of mulberry fibers was investigated by an effective vertical strip test. The purpose of this study was to determine the effect of uneven dyeing on the difference between the absorption of mulberry fibers. The samples, tape yarns with a width of 1.5 mm, were subjected to the vertical strip test; subsequently, they were subjected to statistical analysis to estimate the evaluation of the test method. The morphology and chemical composition of the samples were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The statistical results confirmed that a strong correlation existed between the absorption and uneven dyeing of mulberry fibers ($F_o=1.849$, P=0.0012).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 사전에 염색 불량을 예측할 수 있는 사전검사법이 요구되며 각 제조 롯트별 닥섬유사의 흡수량의 편차가 다를 경우, 같은 편물 안에서 염색 불량이 발생한다. 이에 사전에 염색 불량을 예측할 수 있는 방법을 만들기 위하여 실제 흡수량 의 편차가 염색불량과 상관관계가 있는지를 통계적 기법으로 확인하였다. 이 사전검사법을 통하여 염색불량 여부를 사전에 판별하고 흡수량 편차가 큰 닥섬유사는 양말이나 수건 등 비교적 균염이 불필요한 제품으로 만들고 흡수량 편차가 작아서 염색이 양호한 것은 T-셔츠나 상의 외투 등으로 제품의 제조가 가능하다.

가설 설정

◦ 귀무가설 : Lot 19와 Lot 20의 흡수량 차이는 없다.
◦ 대립가설 : Lot 19가 Lot 20보다 흡수량 차이가 크다.

제안 방법

닥섬유 테이프사의 흡수량 테스트는 섬유 및 섬유 제품 의 수분이동에 관한 일반적인 평가방법인 wicking test 중 샘플을 수직으로 고정하는 방법인 vertical strip test를 개선하여 실시하였다. Vertical strip test의 기본 형태를 그대로 적용할 경우에 염욕에 잠길 시료 밑부분이 고정되지 않 아 일정하게 잠기지 못하는 것을 방지하기 위하여 아래 부분까지 고정시켜 동일한 길이가 잠기도록 하는 아크릴판 사각프레임을 제작하여 사용하였다. Figure 3은 일반적인 vertical strip test와 본 실험에서 사용한 vertical strip test의 개선된 실험 장치를 도식적으로 보여주고 있다.
닥섬유 테이프사의 흡수량 테스트는 섬유 및 섬유 제품 의 수분이동에 관한 일반적인 평가방법인 wicking test 중 샘플을 수직으로 고정하는 방법인 vertical strip test를 개선하여 실시하였다. Vertical strip test의 기본 형태를 그대로 적용할 경우에 염욕에 잠길 시료 밑부분이 고정되지 않 아 일정하게 잠기지 못하는 것을 방지하기 위하여 아래 부분까지 고정시켜 동일한 길이가 잠기도록 하는 아크릴판 사각프레임을 제작하여 사용하였다.
본 실험에서는 제조공정에서 염색 차이가 발생한 닥섬유원지를 포함하는 4종류의 원지를 폭 1.5 mm로 잘라서 닥 섬유 테이프사를 제조하였다. 시료는 각각 Lot 18, Lot 19, Lot 20, Lot 23으로 나타내었는데 Figure 1은 본 연구에 사 용된 시료를 보여주고 있다.
실험 결과, vertical strip test 법은 통계적으로 유의한 수준의 흡수량 차이를 보여주었으며 이는 향후에 염색 불균일을 사전 예측하기 위한 시험분 석법으로서의 가능성을 보여주었다. 세부적으로 기술 통계량 결과, Lot 19의 표준편차와 분산값이 시료 중 가장 높아 동일 시료 내에서 흡수량의 차이가 클 것으로 예측되었으며, 반면에 Lot 20의 표준편차와 분산값이 가장 낮아 이 두 집단을 분산분석에 적용하였다. 분산분석(F-test)의 검정 단계에서 신뢰수준은 95%에서 실시하였으며 그 결과, F 비:1.
시료는 염색 불균일이 발생한 1종류의 원단, 이상이 없는 원단 3종류와 이 원단을 제조한 각각 다른 4종류 닥섬유 테이프사를 사용하였으며 흡수량 테스트 방법은 섬유 및 섬유 제품의 수분이동에 관한 일반적인 평가방법인 wicking test 중에서 시료를 수직으로 고정하여 염료가 들어있는 욕조에 침지시키고 시료의 밑부분까지 고정할 수 있는 vertical strip test법을 개선하여 실험을 실시하였다. vertical strip test의 시료별로 측정한 데이터는 시료간의 흡수된 양의 차이가 통계적으로 유의한 차이를 나타내는지 확인하기 위하여 통계적 기법인 분산분석(F-test)을 실시하 여 평가하였으며 시료의 표면 형태가 닥섬유사의 흡수량과 염색 불균일에 미치는 영향을 확인하기 위하여 SEM (scanning electron microscope)과 EDS(energy dispersive xray spectroscopy) 분석을 실시하였다[9,10].
실험방법: 예비 실험과 동일한 방법으로 닥섬유 테이프 사를 아크릴 프레임에 감아 고정한 후, 물과 검정색 잉크를 혼합하여 염욕을 준비하였다. 이 때 증류수에 첨가한 잉크의 양은 2 wt%로 물에 잘 혼합될 수 있도록 10분간 충 분히 교반하였으며 이후 테이프사가 고정된 아크릴 프레임 을 5분 동안 염욕에 침지하였다.
예비 실험: 실험에 앞서 시료의 유효한 흡수량 차이가 발생하는 시료의 침지시간을 결정하기 위하여 1분부터 10분 까지 1분 간격으로 반복 실험을 실시하여 실험의 효율성과 흡수성이 차이가 명확하게 발생하는 5분을 침지시간으로 선정하였다.

대상 데이터

5 mm로 잘라서 닥 섬유 테이프사를 제조하였다. 시료는 각각 Lot 18, Lot 19, Lot 20, Lot 23으로 나타내었는데 Figure 1은 본 연구에 사 용된 시료를 보여주고 있다.

데이터처리

시료는 염색 불균일이 발생한 1종류의 원단, 이상이 없는 원단 3종류와 이 원단을 제조한 각각 다른 4종류 닥섬유 테이프사를 사용하였으며 흡수량 테스트 방법은 섬유 및 섬유 제품의 수분이동에 관한 일반적인 평가방법인 wicking test 중에서 시료를 수직으로 고정하여 염료가 들어있는 욕조에 침지시키고 시료의 밑부분까지 고정할 수 있는 vertical strip test법을 개선하여 실험을 실시하였다. vertical strip test의 시료별로 측정한 데이터는 시료간의 흡수된 양의 차이가 통계적으로 유의한 차이를 나타내는지 확인하기 위하여 통계적 기법인 분산분석(F-test)을 실시하 여 평가하였으며 시료의 표면 형태가 닥섬유사의 흡수량과 염색 불균일에 미치는 영향을 확인하기 위하여 SEM (scanning electron microscope)과 EDS(energy dispersive xray spectroscopy) 분석을 실시하였다[9,10].
카이제곱분포표의 가로 축은 유의수준, 세로축은 자유도를 나타내며 이를 통해 Pvalue를 찾을 수 있다. 그러나 본 실험과 같이 자유도가 큰 경우에는 F 분포표와 카이제곱분포표에서 원하는 자유도 의 값이 정확히 나와 있지 않기에 엑셀의 데이터분석 방법 과 Minitab과 같은 통계 프로그램을 통하여 F 기각치와 Pvalue를 산출하였다.
반면에 Lot 20은 표 준편차와 분산값이 시료 중에서 가장 낮은 값을 보여주었다. 위의 실험결과를 바탕으로 Lot 19번과 Lot 20번을 분산분석을 위한 집단으로 선정하여 일원배치법의 분산 분석을 실시하였다.
5분 후에 염욕으로부터 아크릴 프레임을 꺼내 잉크가 테이프사에 흡수되어 올라간 길이를 mm 단위까지 측정하였는데, 흡수된 길이는 흡수 정도를 나타내었다. 이 과정을 각 시료별로 100번의 실험 을 반복하여 얻은 결과값을 통계적 기법으로 평가하기 위하여 엑셀의 통계 분석 방법인 F-test와 통계 소프트웨어 Minitab을 사용하여 정규분포그래프와 통계량을 산출하였으며 섬유 테이프사의 흡수된 양의 차이가 통계적으로 유의한 차이가 있는지에 대하여 귀무가설과 대립가설을 설정 하여 평가하였다. Figure 4는 이해를 돕기 위하여 본 실험 의 전체적인 실험과정을 나타낸 것이다.
정규 분포 그래프와 기술통계량: 개선된 vertical strip test 법에 의해 측정된 데이터를 통계적 기법에 적용하여 닥섬유 테이프사의 흡수량과 염색 불균일과의 상관관계를 나타 내었는데, 본 실험은 엑셀의 통계 분석 방법을 통한 F-test 와 통계 소프트웨어 Minitab을 사용하여 정규 분포 그래프 와 기술통계량을 산출하였다. Figure 5는 닥섬유 테이프 사 에 흡수된 잉크 길이와 길이 편차의 빈도수에 대한 정규 분포 그래프이다.
식 (1)은 각 수준의 데이터와 평균 그리고 총 평균과 집단수를 이용한 급간변동과 급내변동의 제곱합을 나타내며 이는 각 변동의 평균제곱을 구하는 식 (4)에 사용된다. 최종적으로 식 (5)을 통하여 산출된 Fo(평균제곱의 비) 값은 F-기각치와 비교하며 귀무가설을 기각할 최소의 유의 확률 을 나타내는 P-value는 유의수준과의 비교를 통하여 가설 검정의 결론을 도출하였다[11,12].

이론/모형

본 연구는 닥섬유사의 흡수량과 염색 불균일과의 상관관계에 관한 유효성을 평가하기 위하여 vertical strip test법과 통계적 기법을 적용하였다. 실험 결과, vertical strip test 법은 통계적으로 유의한 수준의 흡수량 차이를 보여주었으며 이는 향후에 염색 불균일을 사전 예측하기 위한 시험분 석법으로서의 가능성을 보여주었다.

성능/효과

이러한 섬유의 형태학적 특성이 염색 불균일과 흡수량 통계 데이터 결과에 영향을 미쳤다고 판단한다. EDS 성분 분석 결과는 닥섬유 셀룰로오스가 가지는 탄소(C), 산소(O) 피크를 제외 하고 모든 시료가 공통으로 가지고 있는 칼슘(Ca) 성분을 확인하였으며 이는 닥섬유 제조 공정에서 들어가는 첨가제로 판단된다. Table 3은 닥섬유 테이프사에 함유된 각 원소의 함량을 나타낸다.
05)으로 가설 판정조건에 따라 결론을 내릴 때, F 기각치와 P-value의 모든 판정조건에서 Lot 19가 Lot 20 보다 ‘흡수량 차이가 크다’라는 대립가설이 채택되었다. SEM과 EDX의 분석에 따르면 표면의 형태학적 특징이나 특정 원소의 함량이 닥섬유 테이프사의 흡수량에 영향을 미칠 것으로 판단되었다. 최종적으로 일련의 과정을 종합 하였을 때, 본 연구에서 제안한 개선된 vertical strip test가 사전 염색 불균일 평가방법으로 유효할 것으로 사료된다.
분산분석(F-test)의 검정 단계에서 신뢰수준은 95%에서 실시하였으며 그 결과, F 비:1.848755>F 기각치:1.394061, P-value=0.001239< 유의 수준(0.05)으로 가설 판정조건에 따라 결론을 내릴 때, F 기각치와 P-value의 모든 판정조건에서 Lot 19가 Lot 20 보다 ‘흡수량 차이가 크다’라는 대립가설이 채택되었다.
SEM과 EDX의 분석에 따르면 표면의 형태학적 특징이나 특정 원소의 함량이 닥섬유 테이프사의 흡수량에 영향을 미칠 것으로 판단되었다. 최종적으로 일련의 과정을 종합 하였을 때, 본 연구에서 제안한 개선된 vertical strip test가 사전 염색 불균일 평가방법으로 유효할 것으로 사료된다.

후속연구

Table 3은 닥섬유 테이프사에 함유된 각 원소의 함량을 나타낸다. Lot 19의 경우는 Ca의 함량이 가장 많이 검출되었으며, 반면 Lot 18과 20은 비교적 적은 양을 나타냈는데 이러한 원소의 함량 차이도 흡수량과 염색 불균일에 영향을 미치는 것으로 판단되나 향후에 좀 더 체계적이고 정량적인 분석이 요구된다.
본 연구는 닥섬유사의 흡수량과 염색 불균일과의 상관관계에 관한 유효성을 평가하기 위하여 vertical strip test법과 통계적 기법을 적용하였다. 실험 결과, vertical strip test 법은 통계적으로 유의한 수준의 흡수량 차이를 보여주었으며 이는 향후에 염색 불균일을 사전 예측하기 위한 시험분 석법으로서의 가능성을 보여주었다. 세부적으로 기술 통계량 결과, Lot 19의 표준편차와 분산값이 시료 중 가장 높아 동일 시료 내에서 흡수량의 차이가 클 것으로 예측되었으며, 반면에 Lot 20의 표준편차와 분산값이 가장 낮아 이 두 집단을 분산분석에 적용하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	각 나라에서는 나라별 특산물을 원료로 한 소재 개발되고 있는 사례는?	이미 세계 섬유 소재 시장은 친환경 에코 소재 개발과 상품을 통한 시장 확대가 진행되고 있으며 각 나라에서는 나라별 특산물을 원료로 한 소재 개발이 활발히 연구되고 있다. 구체적인 예로 미국, 일본에서 관심을 가지는 친환경 소재인 폴리젖산(PLA)은 원료로서 옥수수를 이용하고 최 적 토양 조건에서 30일 이내에 90% 이상의 뛰어난 생분해 성과 이산화탄소의 발생량을 줄일 수 있는 소재로 일반 일회용 플라스틱 및 자동차용 내장재로 적용되고 있다[3]. 또한 필리핀과 태국은 바나나와 코코넛을 원료로 섬유를 제 조하여 의류에서부터 산업용 로프까지 적용을 확대하고 있 다. 국내에서는 ㈜휴비스가 미세 다공질 구조인 코코넛 껍 질을 탄화시켜 항균소취, 흡한 속건 및 자외선 차단이 가 능한 숯섬유를 생산하였다[4].
	닥나무 인피섬유의 기능은?	닥나무 인피섬유인 닥섬유를 이용하여 제조된 한지는 대표적 친환경 천연섬유 소재로 황토수준의 원적외선 방출, 항균성, 소취성, 흡한속건성 등의 다양한 기능을 보유하고 있다[1]. 이러한 기능성은 역사적 근거를 통하여 확인할 수 있으며 대표적인 경우가 무구정광대다라니경이다.
	세계 섬유 소재 시장의 변화는?	이미 세계 섬유 소재 시장은 친환경 에코 소재 개발과 상품을 통한 시장 확대가 진행되고 있으며 각 나라에서는 나라별 특산물을 원료로 한 소재 개발이 활발히 연구되고 있다. 구체적인 예로 미국, 일본에서 관심을 가지는 친환경 소재인 폴리젖산(PLA)은 원료로서 옥수수를 이용하고 최 적 토양 조건에서 30일 이내에 90% 이상의 뛰어난 생분해 성과 이산화탄소의 발생량을 줄일 수 있는 소재로 일반 일회용 플라스틱 및 자동차용 내장재로 적용되고 있다[3].

참고문헌 (12)

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S. H. Park, "Design of Experiments", Minyoungsa, Seoul, 2003, pp.61-70.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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