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문제 정의
- 본 연구에서는 자연물질인 삽주(백출)를 이용, 견직물 염색시 염색조건에 따른 염색성, 매염에 의한 염착량, 각종 염색견뢰도의 변화, 항균성 등의 기능성을 평가하여, 웰빙 패션소재 제조용 천연염료로서의 삽주의 사용 가능성을 확인하고 최적조건을 확립하고자 하였다.
- 본 연구결과, 기능성 천연염료로서의 삽주의 사용 가능성을 위한 최대 K/S 값을 나타내는 염색조건은 색소농도 100% v/v, 염색온도 80℃, 염색시간 80분, pH 3이었으며, 매염조건으로는 선매염 시 Al 3%, Cu는 4%, Fe는 3%, 후매염 시에는 Al, Cu, Fe는 각각 3%, 5%, 4%에서 최대 K/S 값을 나타냈다. 또한 일광견뢰도의 증진, 항균성 및 뚜렷한 자외선 차단특성의 부여가 가능하여 최근 환경친화적 패션제품에 대한 소비자의 요구가 증가함을 감안해 볼 때 본 연구는 환경친화적 패션제품을 개발할 수 있는 기초자료를 제공할 수 있다고 판단된다.
제안 방법
- 삽주 색소 추출액를 이용, 견직물에 욕비 1:100, 색소농도 10~100% v/v, 염색온도 50~90℃, 염색시간 20~120분, pH 2~11로 변화시키면서 IR염색기(Daelim Starlet Engineering, Model DL-6000)를 이용, 염색한 다음 염착량(K/S)을 비교분석하여 최적 색소 추출액농도, 염색온도, 염색시간 및 pH의 영향을 고찰하였다.
- 미처리 견직물, 삽주 추출 색소로 염색한 견직물 및 매염 처리한 견직물의 UV-A 및 UV-B의 투과율을 UV-VIS-NIR Spectrophotomer(Varian, CARY 5000)를 이용 측정한 다음, 다음 식을 사용 계산하였다.
- Handy type colormeter(Color System Co. Model JX 777)를 사용하여 400에서 700nm 사이를 10nm 간격으로 표면반사율을 측정한 후 Kubelka-Munk 식에 의해 K/S 값을 측정하여 염색성을 비교 고찰하였다.
- 매염제로 Al, Cu, Fe 등을 사용, 염색공정조건 등에서 확인된 최적조건을 이용하여 욕비 1:100, 40℃에서 20분간 선매염 및 후매염하고, 욕비 1:100, 색소 추출액농도 100% v/v, 80℃에서 80분간 염색을 실시하였다.
- 매염제로 Al, Cu, Fe 등을 사용, 염색공정조건 등에서 확인된 최적조건을 이용하여 욕비 1:100, 40℃에서 20분간 선매염 및 후매염하고, 욕비 1:100, 색소 추출액농도 100% v/v, 80℃에서 80분간 염색을 실시하였다. 매염에 의한 최적조건 설정을 위하여 각 매염제 종류, 농도(1~5% o.w.f.) 및 매염법에 따른 염착량을 비교 고찰하였다.
- 5]는 선매염한 견직물의 K/S 값의 변화를 나타낸 것이다. 염색조건은 색소농도 100% v/v, 염색온도 80℃, 염색시간 80분이었으며, 매염제에 따른 최대흡수 파장대의 변화는 관찰되지 않아 400nm에서의 K/S를 측정하였다. Al 매염 시 염색성(K/S)은 매염제 농도에 따른 큰 변화는 관찰되지 않았으나, 3% o.
- 삽주 추출 색소를 이용하여 견직물을 염색할 때 염색조건에 따른 염색성, 매염에 의한 염색성 변화, 각종 견뢰도 및 항균성을 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 매염제인 Al 매염제(AlK(SO4)2·H2O), Fe 매염제(FeSO4·7H2O), Cu 매염제(CuSO4·5H2O) 및 기타 시약 등은 1급 시약을 그대로 사용하였다.
- 시중 시판 견직물을 정련하여 시료로 사용하였으며, 그 특성은 [Table 1]과 같다. 삽주는 시중 약제상에서 구입하여 사용하였다.
- 시중 시판 견직물을 정련하여 시료로 사용하였으며, 그 특성은 [Table 1]과 같다. 삽주는 시중 약제상에서 구입하여 사용하였다. 매염제인 Al 매염제(AlK(SO4)2·H2O), Fe 매염제(FeSO4·7H2O), Cu 매염제(CuSO4·5H2O) 및 기타 시약 등은 1급 시약을 그대로 사용하였다.
- 삽주(백출) 100g을 증류수 1L에 첨가한 후 100℃에서 60분 동안 추출한 다음 색소 추출액을 여과하여 염료원액으로 사용하였다.
이론/모형
- 항균성 측정은 KS K 0693: 2001에 의하여 공시균으로 Staphylococcus aureus(ATCC 6538)와 Klebsiella pneumoniae(ATCC 4352)을 사용하여 정균감소율(bacteria reduction rate)을 측정 평가하였다.
- 세탁견뢰도는 Launder-o-meter를 사용하여 KS KISO 105 C06:2007 A2S법, 일광견뢰도는 Fade-o-meter를 이용하여 KS K ISO 105 B02:2005법, 마찰견뢰도는 crock-meter를 사용하여 KS K 0650법, 땀 견뢰도는 AATCC perspiration tester를 이용하여 KS K 0715법, 드라이클리닝 견뢰도는 Launder-o-meter를 사용하여 KS K ISO 105 D01:2005법에 준하여 측정하였다.
성능/효과
- 2]는 삽주 색소농도 100% v/v, 80분으로 염색하였을 때 염색온도에 따른 염색성(K/S)의 변화를 나타낸 것이다. 염색온도가 증가할수록 염색성은 증가하여 염색온도 80℃에서 최대 K/S 값을 보였으며, 그 이상의 온도에서는 약간 저하하는 경향을 나타내었다. 색소분자들의 집합체는 염색온도가 증가할수록 감소하여 섬유 내부로의 색소들이 용이하고 빠르게 확산할 수 있으므로 염색온도가 증가할수록 염색성은 증가하는 것으로 판단되어지며(Trotman, 1975), 본 실험조건에서 최대 K/S 값을 나타내는 염색온도는 80℃로 견 특유의 촉감 및 섬유의 손상 방지를 위하여서는 80℃로 염색하는 것이 적절하다고 사료된다.
- 염색온도가 증가할수록 염색성은 증가하여 염색온도 80℃에서 최대 K/S 값을 보였으며, 그 이상의 온도에서는 약간 저하하는 경향을 나타내었다. 색소분자들의 집합체는 염색온도가 증가할수록 감소하여 섬유 내부로의 색소들이 용이하고 빠르게 확산할 수 있으므로 염색온도가 증가할수록 염색성은 증가하는 것으로 판단되어지며(Trotman, 1975), 본 실험조건에서 최대 K/S 값을 나타내는 염색온도는 80℃로 견 특유의 촉감 및 섬유의 손상 방지를 위하여서는 80℃로 염색하는 것이 적절하다고 사료된다.
- 3]에 나타내었다. 염색시간 80분까지의 삽주 추출 색소들의 흡착은 빠르게 진행되어 염색성은 뚜렷하게 증가하는 것을 알 수 있었으며, 염색시간 80분에서 K/S 값 10.83으로 최대 염색성을 나타낸 후 그 이상의 시간에서는 저하하였으나, K/S 값 8.16~8.24로 거의 평형에 도달하는 경향을 나타내었다. 이는 염색시간 80분까지 견직물 내에 염착할 수 있는 삽주 추출 색소의 양이 포화상태에 이르러, 그 이상 염색시간이 증가하더라도 더 이상의 염색성(K/S)의 증가는 나타내지 않는다고 생각되어진다.
- 4]에 나타내었다. 염욕이 산성으로 변함에 따라 염색성은 증가하는 경향을 나타내었으며, pH 3에서 최대 염색성을 나타내었다. 이는 염욕 중의 pH가 등전점 이하인 산성욕에서 섬유는 염기성 아미노기가 해리(-NH3⁺)하게 되므로 양이온성을 띠게 되고, 삽주 추출염액의 색소성분들이 산 가수분해에 의해 당이 해리되면서 음이온성이 되어 이온결합이 형성되면서 높은 염색성을 나타내는 것으로 사료된다(Bai, 2010).
- [Table 3]은 후매염 처리한 경우의 표면색 변화로서 매염 처리에 의해 명도는 저하하여 어두워지는 경향을 나타내고, 모든 매염제 처리의 경우 적색 기미가 증가하는 경향을 나타내었으며, 색감각지수 b*의 경우 매염 처리에 의해 황색 기미가 증가하는 경향을 보였으며, 색상은 Y계열을 나타내었다. 채도는 무매염 염색 견직물과 비교하여 증가하는 경향을 나타내었으나, 매염제 농도에 따른 큰 변화는 보이지 않았다.
- 드라이클리닝의 경우, 변퇴색 및 오염이 염색 또는 매염 시 4~5등급으로 큰 변화를 보이지 않았다. 한편, 세탁견뢰도는 변퇴색에 있어 Cu 매염 염색 견직물은 저하하였으나, Al 및 Fe의 경우 1등급 향상 또는 유지하는 결과를 나타내었으며, 오염은 4~5급의 견뢰도를 보였다. 마찰견뢰도는 매염 및 매염제에 따라 큰 변화가 없음을 알 수 있었으며, 땀견뢰도의 경우 알칼리욕 Al 및 Cu 변퇴색의 경우 약간 저하하였으며, 그 외 견뢰도는 동일하였다.
- 한편, 세탁견뢰도는 변퇴색에 있어 Cu 매염 염색 견직물은 저하하였으나, Al 및 Fe의 경우 1등급 향상 또는 유지하는 결과를 나타내었으며, 오염은 4~5급의 견뢰도를 보였다. 마찰견뢰도는 매염 및 매염제에 따라 큰 변화가 없음을 알 수 있었으며, 땀견뢰도의 경우 알칼리욕 Al 및 Cu 변퇴색의 경우 약간 저하하였으며, 그 외 견뢰도는 동일하였다. 일반적으로 Al 매염 시 견뢰도의 저하가 관찰되었으나 그 외 매염제의 경우에는 큰 변화가 없던지 또는 견뢰도의 향상이 관찰되었다.
- )로 40℃에서 20분간 후매염 처리한 견직물의 항균효과를 알아보기 위하여 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)과 폐렴간균(Klebsiella pneunmoniae)을 사용, 세균투여 18시간 이후의 정균율을 조사하여 평가한 항균성을 나타낸 것이다. 황색포도상구균 및 폐렴간균에 대해서 염색만 실시한 직물은 거의 항균성을 나타내지 못하였으나, 매염한 직물은 99.9%의 정균감소율을 보여 뚜렷한 항균효과를 나타내었다. 결과로부터 삽주 추출 색소의 염색에 의해서는 항균성을 부여할 수 없음을 알았으며, 염색 및 매염에 의해 항균효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
- 9%의 정균감소율을 보여 뚜렷한 항균효과를 나타내었다. 결과로부터 삽주 추출 색소의 염색에 의해서는 항균성을 부여할 수 없음을 알았으며, 염색 및 매염에 의해 항균효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
- 표면색의 변화에서 매염 처리 시 명도는 일반적으로 저하하는 경향을 보였으며, 무매염에 비해 선매염 시 일반적으로 적색 기미와 황색 기미가, 후매염 시에도 적색 기미와 황색 기미가 증가하였다.
- 황색포도상구균 및 폐렴간균에 대해서 매염한 직물은 모두 99.9%의 정균감소율을 보여 삽주 추출 색소만의 염색에 의해서는 항균효과를 얻을 수 없음을 알 수 있었다.
- 자외선 UV-A(315~400mm)의 차단율 시험에서 미염색 직물의 경우인 77.9%에 비해 염색한 경우 94.9%로 삽주 추출 색소에 의한 자외선 차단특성의 부여를 확인할 수 있었고, 또한 매염 시 96.6~ 98.0%으로 매염에 의해 차단특성이 증가하였으며, UV-B(290~315mm)의 차단율은 미염색 시의 92.4%에 비교하여 염색 시 96.9%로 차단성능이 부여됨을 확인하였으며, 매염 시 97.6~98.3%의 차단율을 보였다. 자외선 차단지수(UPF)는 미염색 직물의 9에 비해 염색 또는 염색 및 매염 시 30 이상이었으며, Cu 매염 시 50+로 탁월한 차단특성의 부여를 확인할 수 있었다.
- 3%의 차단율을 보였다. 자외선 차단지수(UPF)는 미염색 직물의 9에 비해 염색 또는 염색 및 매염 시 30 이상이었으며, Cu 매염 시 50+로 탁월한 차단특성의 부여를 확인할 수 있었다.
- 1. 삽주를 이용 염색하였을 경우, 최대 K/S 값을 나타내는 염색조건은 색소농도 100% v/v, 염색온도 80℃, 염색시간 80분이었으며, 염욕의 pH가 알칼리성일 때의 염색성은 매우 낮았으며, 산성으로 변함에 따라 염색성은 증가하는 경향을 나타내어 pH 3에서 최대 염색성을 나타내었다.
- 2. 매염에 의한 염색 견직물의 염색성은 일반적으로 Al, Fe, Cu 순으로 증가하였다. 표면색의 변화에서 매염 처리 시 명도는 일반적으로 저하하는 경향을 보였으며, 무매염에 비해 선매염 시 일반적으로 적색 기미와 황색 기미가, 후매염 시에도 적색 기미와 황색 기미가 증가하였다.
- 3. 매염에 의해 일광견뢰도를 비롯한 각종 견뢰도는 일반적으로 향상되는 경향을 나타내었으며. 황색포도상구균 및 폐렴간균에 대해서 매염한 직물은 모두 99.
- 9%의 정균감소율을 보여 삽주 추출 색소만의 염색에 의해서는 항균효과를 얻을 수 없음을 알 수 있었다. 한편, 염색 및 매염한 모든 시료에서 자외선 차단특성은 뚜렷하여 탁월한 차단특성의 부여를 확인할 수 있었다.
- 4. 본 연구결과, 기능성 천연염료로서의 삽주의 사용 가능성을 위한 최대 K/S 값을 나타내는 염색조건은 색소농도 100% v/v, 염색온도 80℃, 염색시간 80분, pH 3이었으며, 매염조건으로는 선매염 시 Al 3%, Cu는 4%, Fe는 3%, 후매염 시에는 Al, Cu, Fe는 각각 3%, 5%, 4%에서 최대 K/S 값을 나타냈다. 또한 일광견뢰도의 증진, 항균성 및 뚜렷한 자외선 차단특성의 부여가 가능하여 최근 환경친화적 패션제품에 대한 소비자의 요구가 증가함을 감안해 볼 때 본 연구는 환경친화적 패션제품을 개발할 수 있는 기초자료를 제공할 수 있다고 판단된다.
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