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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 감귤 가공 시 부산물로 생성되는 감귤박의 추출액을 섬유에 적용하여 다각적 분석을 통한 천연염료의 염재로서 유용성 및 실용화를 도모하고자 한다. 이에 감귤박 추출액으로 염색한 종류별 섬유의 특성을 분석하고, 그 직물의 기능성을 면밀히 고찰하여, 감귤박 추출액의 실용화 가능성을 분석하고, 기본 데이터 베이스를 구축하고자 한다.
- 본 연구는 감귤 가공 시 부산물로 생성되는 감귤박의 추출액을 섬유에 적용하여 다각적 분석을 통한 천연염료의 염재로서 유용성 및 실용화를 도모하고자, 감귤박 추출액으로 염색한 면, 견, 면/닥섬유 혼방 직물의 염색성 및 기능성을 측정한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 따라서 본 연구에서는 감귤 가공 시 부산물로 생성되는 감귤박의 추출액을 섬유에 적용하여 다각적 분석을 통한 천연염료의 염재로서 유용성 및 실용화를 도모하고자 한다. 이에 감귤박 추출액으로 염색한 종류별 섬유의 특성을 분석하고, 그 직물의 기능성을 면밀히 고찰하여, 감귤박 추출액의 실용화 가능성을 분석하고, 기본 데이터 베이스를 구축하고자 한다.
- 그들의 과피 중에는 농약성분이 잔류하여 과피를 이용한 제품을 섭취하거나 이용시 인체건강에 미치는 위해성이 우려된다. 이에 감귤박 추출액의 안정성을 확보하고자 하는 측면에서 뿐만 아니라, 제품관리 측면에서도 기능성 강화제품으로 안정성을 확보하고자 감귤박 추출액으로 염색한 직물의 인체에 유해한 중금속 함량을 측정하였다.
제안 방법
- Brightness tester(L&W Elrepho SE071)를 사용하여 색도(L*, a*, b*) 값을 측정하여 염색성을 비교 분석하였다.
- 감귤박 추출액 염색 시료와 미처리 시료의 염착성 비교를 위해 면, 견 및 면/닥섬유 혼방 직물에 각각 염색을 실시하였다. 감귤박 추출액으로 염색한 종류별 직물의 염착 정도를 pH 8.
- 감귤박 추출액을 이용, 염색 조건에 따라 염착량을 알아보기 위하여 욕비 1:100, pH 8.8, 면 및 면/닥섬유 혼방 직물은 식물성 섬유로 온도 60℃, 견직물은 동물성 섬유로 광택이 손상되지 않는 조건으로 50℃로, 시간은 10~60분으로 10분 간격으로 변화시키면서 염색을 하고, 매염방법은 후매염, 매염제로는 백반을 5%(o.w.f) 농도로, 욕비 1:30으로 50℃에서 30분간 처리하여 충분히 수세한 후 자연 건조시켰다.
- 기포성 측정은 용액 500mL를 1L 메스실린더에 넣고 액면에 거품의 높이가 200mL가 되도록 공기를 불어 넣은 다음 멈추고 15초, 30초, 1분, 2분, 3분, 4분, 5분 후의 시료 액면에서의 거품의 높이를 측정하였다.
- 드라이클리닝 견뢰도는 견직물과 같이 드라이클리닝에 의한 변퇴색의 정도와 용제의 오염 정도로 내드라이클리닝성을 평가하였다. 견직물의 경우, 드라이클리닝 견뢰도가 4~5등급으로 우수한 견뢰도가 있는 것으로 나타났다.
- 땀 견뢰도는 땀액에 노출 시 변퇴색의 정도와 색상 오염 정도를 평가하는 것으로 산성과 알칼리성으로 나누어 평가하였다. 면, 견, 면/닥섬유 혼방 직물 모두 땀 견뢰도가 4~5등급으로 우수한 땀 견뢰도가 있는 것으로 나타났다.
- 불휘발분 측정은 감귤박 추출액을 120℃에서 1시간 건조시키고 남은 양을 백분율로 나타냈다. 먼저 시료 용기(도가니)를 깨끗이 세척한 후 완전히 건조시키고, 실리카 겔이 들어 있는 데시케이터에 넣어 냉각시킨 다음 무게를 측정하였다. 이 용기에 충분히 혼합된 감귤박 추출액을 약 2 g 정도 넣고 무게를 정확히 측정한 다음 120℃로 조절된 건조기에 넣어 건조하였다.
- 물 견뢰도는 습식상태에서 장기간 보관시 변퇴색의 정도와 백포(면, 모, 레이온, 견 등)의 오염 정도를 평가하였다. 면, 견, 면/닥섬유 혼방 직물 모두 물 견뢰도가 4~5등급으로 우수한 물 견뢰도가 있는 것으로 나타났다.
- 분산성 측정은 염색기의 pot에 현장 염색 처방과 동일한 조건으로 물과 분산제를 넣고, 염료를 0.5g/L 정도 넣은 후 현장 염색과 동일한 승온 조건(50~60℃)으로 처리한 다음, 이 용액을 거름종이로 걸러서 남아 있는 염료의 양을 측정하였다.
- 세탁 견뢰도는 세탁에 의한 변퇴색의 정도와 백 포(면, 모, 레이온 등)의 오염 정도를 평가하였다. 염료와 섬유와의 결합력이 강하면 세탁에 의한 변 퇴색이 일어나지 않을 수도 있다.
- 소취율은 암모니아(NH3)를 시험가스로 온도 20℃, 습도 25%의 시험환경에서 가스검지관법을 이용하여 측정하였다.
- 오늘날의 염색공장에서는 생산공정이나 제품이 급격하게 변화하고, 그에 따른 새로운 방법들이 모색되고 있는 상황에서, 감귤박에서 염액을 추출하여 염색공장의 생산공정에 적용 시 염색 작업성에 미치는 영향을 판단하고자 불휘발분, 기포성, 분산성 등을 실험하고, 그 결과를 고찰하였다.
- 일광 견뢰도는 인공광에 노출 시 색상의 변퇴색 정도를 평가하였다. 견직물의 경우, 일광 견뢰도가 가장 낮은 것으로 나타났다.
대상 데이터
- 시중 시판 면, 견, 면/닥섬유 혼방(면 65%, 닥섬유 35%, ㈜쌍영방적) 직물을 정련하여 시료로 사용하였으며, 감귤박은 제주도에서 수확한 조생종 감귤(Citrus unshiu)을 착즙하고 난 후에 껍질로 발생한 것을 사용하였다. 매염제는 황산 알루미늄과 칼륨의 화합물로 이루어진 알루미늄 매염제로 백반(KAl(SO4)2․12H2O)을, pH 조절용으로는 K2CO3를 사용하였다.
- 시중 시판 면, 견, 면/닥섬유 혼방(면 65%, 닥섬유 35%, ㈜쌍영방적) 직물을 정련하여 시료로 사용하였으며, 감귤박은 제주도에서 수확한 조생종 감귤(Citrus unshiu)을 착즙하고 난 후에 껍질로 발생한 것을 사용하였다. 매염제는 황산 알루미늄과 칼륨의 화합물로 이루어진 알루미늄 매염제로 백반(KAl(SO4)2․12H2O)을, pH 조절용으로는 K2CO3를 사용하였다.
- 항균성 측정은 KS K 0693:2006에 의하여 공시균으로 Staphylococcus aureus ATCC 6538(황색 포도상구균)과 Klebsiella pneumoniae ATCC 4352(페렴구균)을 사용하여 측정하였다. 표준포는 KS K 0905 염색 견뢰도용 첨부백포(Cotton)를 사용하였다. 인큐베이터에서 18시간 배양시켰다.
이론/모형
- 세탁 견뢰도는 KS K ISO 105 C01:2007법, 드라이클리닝 견뢰도는 KS K ISO 105 D01:2005법, 마찰 견뢰도는 KS K 0650:2006 크로크미터법, 땀 견뢰도는 KS K ISO 105-E04:20055법, 일광 견뢰도는 KS K ISO 105 B02:2005법, 물 견뢰도는 KS K ISO 105-E01:2005법에 준하여 측정하였다.
- 중금속 함량은 BS EN 71-3:1995법으로 시료를 전처리한 후, BS EN 71-3:1995 법으로 As, Pb, Cd, Hg, Cr, Ba, Se, Sb 등의 8종에 대한 함량을 측정하였다.
- 항균성 측정은 KS K 0693:2006에 의하여 공시균으로 Staphylococcus aureus ATCC 6538(황색 포도상구균)과 Klebsiella pneumoniae ATCC 4352(페렴구균)을 사용하여 측정하였다. 표준포는 KS K 0905 염색 견뢰도용 첨부백포(Cotton)를 사용하였다.
성능/효과
- 감귤박 추출액 염색 시료와 미처리 시료의 염착성 비교를 위해 면, 견 및 면/닥섬유 혼방 직물에 각각 염색을 실시하였다. 감귤박 추출액으로 염색한 종류별 직물의 염착 정도를 pH 8.8, 면 및 면/닥섬유 혼방 직물은 식물성 섬유로 온도 60℃, 견직물은 동물성 섬유로 광택이 손상되지 않는 조건으로 50℃로, 시간은 10~60분으로 10분 간격으로 변화시키면서 염색을 한 결과, [Fig. 2]에서 보는 바와 같이 최종 60분에서 면직물이 가장 낮은 염착성을 보였으며, 견직물은 가장 높은 염착성을 보였다. 면직물의 염착성은 시간대로 보면 30분과 40분에서 염착 정도가 비슷하고, 40분 이후에는 염착이 불균일하게 되어져 염착성이 떨어지는 것으로 나타났다.
- 감귤박 추출액은 염료로서 불휘발분 함량이 낮으며 분산성은 높으나, 기포가 발생하므로 약간의 소포제를 사용한다면 염색 작업성에 영향을 미치는 인자가 양호할 것으로 나타났다.
- 감귤박 추출액의 염색 직물의 소취효과는 면직물에서 약간 나타났으나, 큰 차이는 없었으며, 면/닥섬유 혼방 직물 또한 염색 전후 큰 차이는 없었으며, 견직물에서는 오히려 염색 이후 소취성이 떨어지는 경향이었다. 이는 감귤박 추출액의 염색이 소취성에는 큰 효과를 미치지 못하는 것으로 사료된다.
- 감귤박 추출액의 염착성은 알칼리성 조건하에서 면직물은 60℃, 30분, 견직물의 경우는 50℃, 60분, 면/닥섬유 혼방 직물의 경우는 60℃, 60분 조건이 감귤박 추출액의 염색에 가장 적절할 것으로 나타났다.
- 마찰 견뢰도는 마찰에 의해 염색물 표면에서 다른 직물로 색상 오염되는 정도를 말하며, 건조 및 습윤 상태로 나누어 평가하였다. 견직물의 경우, 건조, 습윤 상태 모두 4~5등급을 나타냄으로 우수한 마찰 견뢰도를 나타냈으며, 면직물과 면/닥섬유 혼방 직물의 경우에도 대체적으로 우수한 마찰견뢰도를 나타냈는데, 건조상태에서는 우수한 4~5등급을 나타냈으나, 습윤 상태에서 약간 낮은 3~4등급의 마찰 견뢰도를 나타냈다. 마찰 견뢰도는 견직물의 경우 다른 직물에 비해 안정한 것으로 나타났다.
- 기포성 측정은 용액 500mL를 1L 메스실린더에 넣고 액면에 거품의 높이가 200mL가 되도록 공기를 불어 넣은 다음 멈추고, 15초, 30초, 1분, 2분, 3분, 4분, 5분 후의 시료 액면에서의 거품의 높이를 측정한 결과, [Fig. 1]에서 보는 바와 같이 감귤박 추출액은 일반 물에 비해서 거품이 많이 발생하여 기포성이 있는 것으로 나타났다. 이는 감귤박에 포함되어 있는 정유 성분(Kim et al.
- 따라서 감귤박 추출액의 염색 직물의 항균효과는 견직물에서 가장 크게 나타났고, 면/닥섬유 혼방직물은 Staphylococcus aureus에서 90% 이상 크게 나타났으나, 면직물에서는 큰 영향을 미치지 못했다. 이는 감귤박 추출액의 염착 정도를 볼 때, 견직물에서 가장 높은 염착성을 보여 나타난 현상으로 사료되며, 면직물이나 면/닥섬유 혼방 직물의 염착상태를 개선시킬 경우, 우수한 항균효과를 나타낼 수 있을 것으로 사료된다.
- 따라서 알칼리성 조건하에서 면직물은 60℃, 30분, 견직물의 경우는 50℃, 60분, 면/닥섬유 혼방 직물의 경우는 60℃, 60분 조건이 감귤박 추출액의 염색에 가장 적절할 것으로 판단된다.
- 따라서 연구결과를 종합하여 볼 때, 감귤박 추출액이 천연염료의 염재로서 유용성 및 실용화 가능성이 충분히 있는 것으로 사료되며, 감귤박의 특성을 살린 환경친화적인 패션소재로서 발전 가능성이 충분히 있는 것으로 사료된다.
- 면, 견, 면/닥섬유 혼방 직물 모두 물 견뢰도가 4~5등급으로 우수한 물 견뢰도가 있는 것으로 나타났다. 또한 각 직물위에 면, 모, 레이온, 견직물 등에 이염이 되는지 측정한 결과, 4~5등급으로 나타나 이염이 이루어지지 않는 것으로 나타났다. 따라서 감귤박 추출액으로 염색된 면, 견, 면/닥섬유 혼방 직물의 물 안정성이 있는 것으로 판단된다.
- 견직물의 경우, 물세탁하지 않으며, 드라이크리닝을 하기 때문에 드라이크리닝 견뢰도로 대체하였다. 또한 각 직물 위에 면, 모, 레이온을 위에 붙여 세탁함으로써 이염이 되는지 측정한 결과, 4~5등급으로 나타나, 이염이 이루어지지 않는 것으로 나타났다. 따라서 감귤박 추출액으로 염색된 면, 면/닥섬유 혼방직물의 세탁 안정성이 있는 것으로 판단된다.
- 면, 견, 면/닥섬유 혼방 직물 모두 물 견뢰도가 4~5등급으로 우수한 물 견뢰도가 있는 것으로 나타났다. 또한 각 직물위에 면, 모, 레이온, 견직물 등에 이염이 되는지 측정한 결과, 4~5등급으로 나타나 이염이 이루어지지 않는 것으로 나타났다. 따라서 감귤박 추출액으로 염색된 면, 견, 면/닥섬유 혼방 직물의 물 안정성이 있는 것으로 판단된다.
- 견직물의 경우, 드라이클리닝 견뢰도가 4~5등급으로 우수한 견뢰도가 있는 것으로 나타났다. 또한 용제로부터 이염이 되는지 측정한 결과, 4~5등급으로 나타나 이염이 이루어지지 않는 것으로 나타났다. 따라서 감귤박 추출액으로 염색된 견직물 또한 드라이클리닝 안정성이 있는 것으로 판단된다.
- 땀 견뢰도는 땀액에 노출 시 변퇴색의 정도와 색상 오염 정도를 평가하는 것으로 산성과 알칼리성으로 나누어 평가하였다. 면, 견, 면/닥섬유 혼방 직물 모두 땀 견뢰도가 4~5등급으로 우수한 땀 견뢰도가 있는 것으로 나타났다. 또한 각 직물 위에 면, 모, 레이온, 견직물 등에 이염이 되는지 측정한 결과, 4~5등급으로 나타나 이염이 이루어지지 않는 것으로 나타났다.
- 물 견뢰도는 습식상태에서 장기간 보관시 변퇴색의 정도와 백포(면, 모, 레이온, 견 등)의 오염 정도를 평가하였다. 면, 견, 면/닥섬유 혼방 직물 모두 물 견뢰도가 4~5등급으로 우수한 물 견뢰도가 있는 것으로 나타났다. 또한 각 직물위에 면, 모, 레이온, 견직물 등에 이염이 되는지 측정한 결과, 4~5등급으로 나타나 이염이 이루어지지 않는 것으로 나타났다.
- 2]에서 보는 바와 같이 최종 60분에서 면직물이 가장 낮은 염착성을 보였으며, 견직물은 가장 높은 염착성을 보였다. 면직물의 염착성은 시간대로 보면 30분과 40분에서 염착 정도가 비슷하고, 40분 이후에는 염착이 불균일하게 되어져 염착성이 떨어지는 것으로 나타났다. 이와 같은 불균염의 원인은 감귤박 추출액이 면직물과의 염착 특성에 따른 것으로 사료된다.
- 이에 가장 적정한 조건으로 감귤박 추출액을 면, 견, 면/닥섬유 혼방 직물에 염색한 후 염색 견뢰도를 측정한 결과, 세탁 견뢰도, 물 견뢰도, 땀 견뢰도, 마찰 견뢰도, 드라이클리닝 견뢰도는 우수한 것으로 판단되나, 일광 견뢰도는 약간 낮은 것으로 나타났다.
- 그러나 수용액 중에서 염색을 행하는 천연염료 등은 염료분자가 수용기를 가지고 있기 때문에, 섬유와의 결합력과 물속으로 용출되는 힘이 모두 있으므로 반드시 견뢰한 것은 아니다. 이에 감귤박 추출액으로 염색한 면직물과 면/닥섬유 혼방 직물의 경우 세탁 견뢰도가 4~5등급으로 우수한 것으로 나타났다. 견직물의 경우, 물세탁하지 않으며, 드라이크리닝을 하기 때문에 드라이크리닝 견뢰도로 대체하였다.
- 감귤박은 수분이 85% 정도로 높고 펙틴의 영향으로 점성이 강하기 때문에, 염료 내 가용성 고형분 함량이 증가하면 점점 더 용해되기가 어려워 염색 공정상의 불균염의 원인을 일으킬 수 있다. 이에 감귤박 추출액의 분산성을 측정하기 위하여 물과 분산제를 넣고, 염료를 0.5g/L 정도 넣은 후 현장 염색과 동일한 승온 조건(50~60℃)으로 처리한 다음, 이용액을 거름종이로 걸러서 남아 있는 염료의 양을 측정한 결과, 염료의 양은 0.3% 정도 남아 있어 분산성은 양호한 것으로 나타났다.
- , 2008). 이에 따라 감귤박 추출액을 염료로 사용시 염색 작업성에 영향을 미칠 수 있을 것으로 사료되어 감귤박 추출액의 불휘발분 함량을 측정한 결과, [Table 2]에서 보는 바와 같이 약간의 불휘발분이 있는 것으로 나타났다. 이는 불휘발분이 2% 이하인 일반 증류수의 경우보다 많은 양으로 펙틴 성분의 영향으로 사료된다.
- 한편, 감귤박 추출액의 염색 직물의 기능성으로 항균효과는 견직물에서 가장 크게 나타났고, 면/닥섬유 혼방 직물은 Staphylococcus aureus에서 90% 이상 크게 나타났으나, 면직물에서는 큰 영향을 미치지 못했다. 또한 인체에 유해한 중금속 함량은 표준치 이하로 나타나 인체에도 무해한 것으로 나타났다.
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