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문제 정의
- 본 연구에서는 항균성이 우수한 것으로 알려진 황련(Coptis chinensis)7)과 안정성에 논란이 있는 은나노를 대신하여 의약품으로 이용되고 있는 질산은을 사용하여 문화재 보존·보관용 항진균성 색한지를 제조하고, 그 열화 특성에 대하여 조사하였다.
제안 방법
- 광열화 시험법으로 ASTM G 53-95에 규정된 가속 광열화 시험의 조건을 만족시키는 촉진노화시험기(QUV/ SE)를 이용하여 온도 60℃, UVA-340, 포화습도, 자외선 조사량 0.77W/m2/nm의 조건으로 천연염색한 한지를 72시간 동안 가속열화 시킨 후 색상 및 기타 특성을 측정하였다. 색차(△E)는 Eq.
- 염색공정 단축을 위하여 동시매염법을 실시하여 색한지를 제조하였다. 동시매염 한지는 얼룩이 지는 것을 방지하기 위하여 한지를 미리 물에 적신 후 염색을 실시하였다. 또한 황련과 질산은의 사용량을 줄이기 위해서 황련 염료 o.
- 한약상에서 구입한 중국산 황련 600 g을 순환식 무압력 추출기에 증류수 6 L와 함께 넣고 100℃에서 1시간 동안 추출하였다. 동일한 방법으로 1회 더 추출하여, 1-2회 추출한 염액을 혼합하여 이 염액을 rotary evaporator(Eyela NE-2001, Japan)로 농축한 다음 동결건조기(Eyela FD-5N, Japan)로 분말화한 것을 염료 시료로 사용하였다.
- 동시매염 한지는 얼룩이 지는 것을 방지하기 위하여 한지를 미리 물에 적신 후 염색을 실시하였다. 또한 황련과 질산은의 사용량을 줄이기 위해서 황련 염료 o.w.f. 10% 조성에 대하여 o.w.f. 5% 탄닌산선처리를 실시하고 황련과 질산은 동시매염 염색한 색한지를 제조하여 그 특성을 측정하였다. 색한지의 색상과 염착량을 Table 2에 나타냈다.
- 색상측정은 분광광도계(Color-eye 7000A)를 사용하여 CIE Lab 색공간에 따른 L*, a*, b* 값과 Munsell H V/C, 최소반사파장(minimum wavelength)에서의 반사율을 측정하였다. 염착량(K/S) 값은 최소반사파장에서의 반사율 R값을 사용하여 다음의 Kubelka-Munk식(Eq.
- 색한지의 은 함량은 ICP(inductively coupled plasma mass spectrometer, ICP-MS 7700x)를 사용하여 측정했으며, 시료 전처리는 질산과 과산화수소를 사용했다.
- 염색공정 단축을 위하여 동시매염법을 실시하여 색한지를 제조하였다. 동시매염 한지는 얼룩이 지는 것을 방지하기 위하여 한지를 미리 물에 적신 후 염색을 실시하였다.
- 항균성이 우수한 것으로 알려진 황련과 질산은을 사용한 문화재 보존·보관용 항진균성 색한지를 제조하고 그 열화 특성에 대하여 연구한 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 과 항진균성이 우수한 질산은의 최적 조성을 결정하기 위해서는 각 성분이 색한지의 특성에 미치는 영향의 규명이 필요하다. 황련과 질산은의 함량이 색한지의 특성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 황련 염료의 농도를 o.w.f. 10%, 30%, 50%로 조절하고, 후매염제로 질산은의 농도를 o.w.f. 3%, 6%, 9%로 조절하며 염색을 하여 색한지의 색상 특성을 측정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 염재인 황련(Coptis chinensis)은 시중 한약재상에서 구입하여 사용하였고 질산은(AgNO3, Samchun pure chemical)은 순도 99.8%의 제품을 사용하였다. 염색보조제로 탄닌산(C14H10O9·xH2O, 大井化金)을 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 한지는 안동한지에서 태국산 닥나무 흑피로 제조한 표백 펄프를 이용하여 쌍발 초지한 평량 39 g/㎡의 한지를 구입하여 20 ㎝ × 20 ㎝ 크기로 재단하여 사용하였다.
- 염색보조제로 탄닌산(C14H10O9·xH2O, 大井化金)을 사용하였다.
- 한약상에서 구입한 중국산 황련 600 g을 순환식 무압력 추출기에 증류수 6 L와 함께 넣고 100℃에서 1시간 동안 추출하였다. 동일한 방법으로 1회 더 추출하여, 1-2회 추출한 염액을 혼합하여 이 염액을 rotary evaporator(Eyela NE-2001, Japan)로 농축한 다음 동결건조기(Eyela FD-5N, Japan)로 분말화한 것을 염료 시료로 사용하였다.
이론/모형
- 습식열화 방법은 KS M ISO 5630-3에 근거한 습식열화 실험으로 항온 항습기(JEIO Tech, TH-PE-065)를 사용하여 온도 80℃, 습도 65% 조건에서 144시간 동안 처리 후 색차를 측정하였다.
- 값과 Munsell H V/C, 최소반사파장(minimum wavelength)에서의 반사율을 측정하였다. 염착량(K/S) 값은 최소반사파장에서의 반사율 R값을 사용하여 다음의 Kubelka-Munk식(Eq. 1)에 의해 K/S값을 구했다.
성능/효과
- 동시매염하면 황련의 염착량이 후매염에 비해 증가하였다. 기능성 색한지의 제조에 있어서 동시매염하는 것이 색한지 제조에 효과적일 것으로 판단된다.
- 이것은 매염제로 사용된 질산은의 Ag++와 섬유와의 결합량이 증가하여 황련 염료의 주성분인 알칼로이드계 berberine의 결합량이 감소하기 때문인 것으로 판단된다. 동시매염을 실시한 색한지는 후매염 색한지의 경우와 같이 질산은의 양이 증가할수록 염착량이 감소하는 경향을 나타냈다.
- 질산은으로 후매염한 색한지의 광열화 결과는 Table 3과 같다. 무매염 색한지에서는 황련의 농도가 증가할수록 열화 후 색차값이 감소하였고, 질산은을 매염하면 열화 후 색차값이 무매염보다 감소하였다. 따라서 알칼로이드계 유기화합물인 berberine의 결합력보다 금속이온인 Ag++의 존재가 염료 결합의 안정성을 높기기 때문에 질산은 매염을 실시하는 것이 색한지의 광견뢰도 향상에 도움이 되는 것으로 판단된다.
- 색한지의 은함량 측정 결과 황련의 양이 증가함에 따라 색한지의 은의 함량은 감소하는 것으로 나타났다.
- 습식열화 후 색한지의 색차값이 광열화 후 색차값보다 작았다. 질산은 3%와 6% 후매염시 황련의 농도에 관계없이 색차값이 무매염보다 감소하였다. 대부분의 염색지에서 질산은 후매염의 색차값이 무매염보다 작게 나타나 질산은 매염이 습식열화 시 색한지의 색변화에 미치는 영향이 적은 것으로 판단된다.
- 타닌산 5% 전처리 후 황련 염색한 색한지는 타닌산만 매염하면 색의 변화가 거의 없으나 타닌산 전처리 후 황련의 염착량은 높아졌다. 질산은 매염은 황련의 염착량을 감소시켰으며, 질산은 후매염처리보다 질산은을 동시 매염하는 것이 황련의 염착량을 증가시켰다.
- 질산은 매염을 실시하는 것이 색한지의 광견뢰도를 향상시켰으며, 타닌산 5% 전처리한 한지에서도 질산은 매염이 광견뢰도를 향상시켰다. 색한지의 습식열화 특성 역시 광열화 특성과 같이 질산은 매염이 견뢰도 향상에 도움을 주었다.
- 1로 나타났다. 질산은 처리를 하지 않은 타닌산 5%- 황련 10% 색한지가 17.2로 나타나 광열화에 가장 취약한 것으로 나타났다. 타닌산과 황련을 염색하여 제조한 색한지의 광열화 후 색차값은 질산은 매염에 의하여 감소하는 것으로 나타나 질산은 후매염처리의 경우와 동일하게 질산은 처리가 색한지의 광견뢰도 향상에 효과적임을 알 수 있었다.
- 타닌산 5% 전처리 후 황련 염색을 한 색한지는 타닌산 처리에 의한 색상의 변화가 거의 없으나 황련의 염착량은 증가하는 것으로 나타났다. 질산은 매염시 황련의 염착량은 감소하였다.
- 질산은의 농도가 높아질수록 황련의 염착량이 낮아졌다. 타닌산 5% 전처리 후 황련 염색한 색한지는 타닌산만 매염하면 색의 변화가 거의 없으나 타닌산 전처리 후 황련의 염착량은 높아졌다. 질산은 매염은 황련의 염착량을 감소시켰으며, 질산은 후매염처리보다 질산은을 동시 매염하는 것이 황련의 염착량을 증가시켰다.
- 3으로 나타났다. 타닌산 5%-질산은 3% 색한지와 타닌산 5%-황련 10%-질산은 동시매염 색한지의 광열화 후 색차값은 11.1로 나타났다. 질산은 처리를 하지 않은 타닌산 5%- 황련 10% 색한지가 17.
- 2로 나타나 광열화에 가장 취약한 것으로 나타났다. 타닌산과 황련을 염색하여 제조한 색한지의 광열화 후 색차값은 질산은 매염에 의하여 감소하는 것으로 나타나 질산은 후매염처리의 경우와 동일하게 질산은 처리가 색한지의 광견뢰도 향상에 효과적임을 알 수 있었다.
- 타닌산 5% 전처리한 색한지의 광열화 후 색변화는 Table 5와 같다. 타닌산만으로 전처리한 색한지의 광열화 후 색차값은 5.6으로 가장 작게 나타났으며, 타닌산 5%-황련 10%-질산은 후매염 색한지가 7.3으로 나타났다. 타닌산 5%-질산은 3% 색한지와 타닌산 5%-황련 10%-질산은 동시매염 색한지의 광열화 후 색차값은 11.
- 질산은 동시매염 색한지의 광열화 후 색의 변화는 Table 4과 같다. 황련 염료 10%와 30% 염색지에서는 질산은 농도가 색차값에 미치는 영향이 작았고, 황련 염료 50% 염색지에서는 질산은 농도가 광열화 후 색차값에 미치는 영향이 증가하였다.
- 동시 매염법으로 제조한 색한지와 타닌산을 사용하여 제조한 색한지의 은의 함량을 Table 10에 나타냈다. 후매염보다는 동시매염법으로 제조한 색한지의 은 함량이 감소하였고, 타닌산을 선처리 하면 질산은 3% 염액의 경우는 은 함량이 감소하였지만, 질산은 6%의 경우는 증가하였다.
후속연구
- 음이온성인 탄닌산의 첨가는 섬유표면의 반응성을 증가시켜 양이온성인 황련과 은이온의 흡착을 향상시키는 역할이 가능할 것으로 생각된다. 또한 대량생산하여 판매되고 있는 타닌산의 가격이 저렴하므로 타닌산을 전처리함으로써 황련 및 질산은의 양을 줄일 수 있어 원가 절감이 가능할 것으로 생각된다.
- 특히 박물관에 사용되어지는 마감재에서 발생한 포름알데히드 등 유해가스는 유물의 부식 및 변색 등 손상을 발생시킬 수 있다고 보고됨에 따라 안정성이 검증된 재료의 사용이 요구 되어 지고, 전시 및 수장고내 습도조절을 위한 기능성 조습 패널에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 상황이다. 이에 천연재료, 즉 전통 염색지를 이용한 유해가스 차단, 해충 억제력, 수분 조절 능력이 가능한 보관 상자용 기능성 마감재 및 유물 포장재, 충격 완충제 개발은 유물의 보존환경개선을 위한 유용한 연구가 될 수 있을 것이다. 또한 항균성을 부여하기 위해 은나노를 이용한 연구5,6)가 진행되고 있는 실정이다.
- 이러한 기능성을 이용하면 포장재, 벽지 등 다양한 이용이 가능하다. 특히 항균성을 이용한다면 문화재 보존용 포장재 및 유물 전시실의 마감재로서 사용이 가능할 것이다.4)
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