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문제 정의
- 100% 비스코스 레이온 직물에 양이온화제, 키토산, 키토올리고머로 전처리를 한 후 오배자 가공을 실시하고 그 가공효과와 특성을 살펴본 연구이다. 본 연구를 통해 오배자가 가지는 천연재료로서의 장점인 친환경성과 기능성을 이용하여 기능성 섬유가공을 추구하고자 하였다.
- , 2014). 따라서 본 연구에서는 항균성 및 항산화성이 입증된 전통 염재 중 하나인 오배자 추출물을 인견직물에 항균 및 항산화 가공을 위해 적용하고자 하였다. 특히 키토산, 키토올리고머, 그리고 양이온화제 등 다양한 전처리제를 활용하여 오배자 추출물의 처리를 극대화하는 방법을 모색하였다.
- 100% 비스코스 레이온 직물에 양이온화제, 키토산, 키토올리고머로 전처리를 한 후 오배자 가공을 실시하고 그 가공효과와 특성을 살펴본 연구이다. 본 연구를 통해 오배자가 가지는 천연재료로서의 장점인 친환경성과 기능성을 이용하여 기능성 섬유가공을 추구하고자 하였다. 이와 더불어 다양한 전처리제를 사용하여 오배자의 항균성과 항산화성을 향상시키고 내구성을 높이기 위한 가공조건을 도출하고자 하였다.
- 본 연구를 통해 오배자가 가지는 천연재료로서의 장점인 친환경성과 기능성을 이용하여 기능성 섬유가공을 추구하고자 하였다. 이와 더불어 다양한 전처리제를 사용하여 오배자의 항균성과 항산화성을 향상시키고 내구성을 높이기 위한 가공조건을 도출하고자 하였다. 연구 결과, 비스코스 레이온에 오배자 추출물을 Pad-dry-cure법으로 가공하면 오배자 유효성분이 비스코스 레이온 섬유에 안정적으로 도입됨을 알 수 있었다.
제안 방법
- 가공처리 후 직물에 포함되어 있는 분자의 구조적 정보를 알아보기 위하여 적외선 분광기(Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR)를 통한 결합구조를 분석하였다. 4cm-1의 해상도로 100 FTIR 스펙트럼 분석 장치(Perkin-Elmer MA, US)로 수행하였고, 감쇠 전체 반사율(ATR) 기술을 사용하여 측정하였다.
- 가공 후 직물의 강도와 유연성의 변화를 살펴보기 위해 인장강도(tensile strength)와 강연성(stiffness)을 측정하였다. 인장강도는 Instron 5543(MA, US)을 사용하여 cut strip method(KS K 0521: 2011)법으로 측정하였고, 강연성은 캔틸레버(Cantilever)법으로 측정하여 강연도를 구하였다(Kim et al.
- 가공처리 후 직물에 포함되어 있는 분자의 구조적 정보를 알아보기 위하여 적외선 분광기(Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR)를 통한 결합구조를 분석하였다. 4cm-1의 해상도로 100 FTIR 스펙트럼 분석 장치(Perkin-Elmer MA, US)로 수행하였고, 감쇠 전체 반사율(ATR) 기술을 사용하여 측정하였다.
- 가공처리는 인견직물을 실온(25±3ºC)의 오배자 추출물에 30분간 침지한 다음 mangle roller를 이용하여 압착해 줌으로써 처리액을 섬유 내부에 균일하게 침투시키고 wet-pick-up을 100%로 일정하게 하여 직물내에서 혼합용액의 함유량을 균일하게 하였다.
- 가공한 직물의 표면을 관찰하기 위하여 고분해 전자주사 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM)) (Tescan, Brno, Czech Repubic)을 사용하였다.
- 다양한 전처리제로 처리한 후 오배자 추출물로 가공한 인견직물의 항균성에 대한 내세탁성을 시험하였다. 전처리제의 처리 유무에 상관없이 모든 오배자 추출물로 가공한 인견직물은 5회 세탁 이후에도 99.
- )이고, B는 시험편을 18 시간 배양 후 생균수(3검체의 평균치)를 측정한 값이다. 모든 항균시험은 이 방법으로 실행하였다.
- 시료직물에서 채취한 섬유 500mg을 각각 0.15mM DPPH·/메탄올 용액 30ml가 함유된 용기에 침지시켰다.
- 오배자 처리 후 인견직물의 셀룰로오스 구조분석을 위하여 X-ray 회절분석(X-ray diffraction)은 XRD D-MAX 2000(Ringa ku Corp. Japan)을 사용하여 분당 2°씩, 0.02° 간격으로 측정하였다.
- 15mM DPPH·/메탄올 용액 30ml가 함유된 용기에 침지시켰다. 이렇게 준비된 용액을 1시간 동안 어둠 속에서 방치한 후 분광 광도계(SINCO S-3100, ㈜신코, 서울, 한국)를 이용하여 517nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH· 라디칼 소거 능력은 계산식(2)을 사용하여 계산하였다.
- 하지만 이러한 결과는 선행연구(Hong & Koh, 2014)에서 오배자 추출물로 가공한 면직물의 인장강도가 다소 하락한 것과는 상반된 결과인데, 따라서 동일한 셀룰로오스계 섬유라 할지라도 분자량이나 섬유 내부구조 등 그 밖의 특징들에 따라서 오배자 추출물의 침투와 반응 결과가 다른 영향을 줄 수 있음을 알 수 있었다. 이를 보다 구체적으로 확인하기 위하여 내부 결정화도의 변화를 XRD 분석을 통해 자세히 살펴보았다. Fig.
- 따라서 본 연구에서는 항균성 및 항산화성이 입증된 전통 염재 중 하나인 오배자 추출물을 인견직물에 항균 및 항산화 가공을 위해 적용하고자 하였다. 특히 키토산, 키토올리고머, 그리고 양이온화제 등 다양한 전처리제를 활용하여 오배자 추출물의 처리를 극대화하는 방법을 모색하였다. 이러한 천연 항균제를 여름철 의류소재에 적용하는 것은 고온다습한 우리나라 여름철 기후에서 의복이나 침구류 등을 매개체로 한 병원성 세균의 번식이나 오취의 발생을 방지할 수 있고, 사용자에게 위생적인 환경을 제공할 수 있는 매우 유용한 가공이 될 것으로 기대된다.
대상 데이터
- 오배자는 대전지역의 재래시장에서 구입하였고(구입시기: 2013년 7월), 키토산(KL-245, Mw: ≈50,000)과 키토올리고머(키토올리고당 에이치, Mw: ≤5,000)는 키토라이프(평택, 한국)에서 제공받아 사용하였다. 그밖에 양이온화제(3-chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride(65%))와 수산화나트륨(NaOH)은 알드리치 코리아(Aldrich Korea)에서 구입하여 사용하였다.
- 오배자는 대전지역의 재래시장에서 구입하였고(구입시기: 2013년 7월), 키토산(KL-245, Mw: ≈50,000)과 키토올리고머(키토올리고당 에이치, Mw: ≤5,000)는 키토라이프(평택, 한국)에서 제공받아 사용하였다.
- 인견직물은 비스코스 레이온사 120D(TM: 1100)를 다원섬유(대구, 한국)에서 원사 상태로 구입하여 충남 공주지역에 위치한 대진직물에서 레피어직기(Shr300, 삼호레피어(인천, 한국))로 제직하였다. 오배자는 대전지역의 재래시장에서 구입하였고(구입시기: 2013년 7월), 키토산(KL-245, Mw: ≈50,000)과 키토올리고머(키토올리고당 에이치, Mw: ≤5,000)는 키토라이프(평택, 한국)에서 제공받아 사용하였다.
- 키토산 용액은 2% 아세트산 수용액에 1% 농도로 제조하였고, 키토올리고머 용액은 3% 수용액으로 제조하였다. 이렇게 제조된 각각의 전처리 용액에 인견직물을 30분간(bath ratio=1:30) 침지한 다음 mangle roller를 이용하여 압착하여 wetpick-up을 100%로 일정하게 하였다.
- 02° 간격으로 측정하였다. 타깃은 Cu로 실행하였다.
데이터처리
- 가공한 시료의 색상변화는 Color i7 Benchtop Spectrophotometer(X-rite Inc., Seoul, Korea)를 사용하여 측색하였으며, L*, a* , b* 값과 색차(△E)값을 비교하였다.
이론/모형
- DPPH· 라디칼 소거 능력은 계산식(2)을 사용하여 계산하였다.
- 인견직물에 각각 양이온화제, 키토산, 키토올리고머로 다음과 같이 전처리를 하고 Pad-dry-cure법으로 오배자 추출물을 가공하였다. 간략한 제작과정은 Fig.
- 가공 후 직물의 강도와 유연성의 변화를 살펴보기 위해 인장강도(tensile strength)와 강연성(stiffness)을 측정하였다. 인장강도는 Instron 5543(MA, US)을 사용하여 cut strip method(KS K 0521: 2011)법으로 측정하였고, 강연성은 캔틸레버(Cantilever)법으로 측정하여 강연도를 구하였다(Kim et al., 1997).
- 항균성 측정(1차: 가공 직후, 2차: 5회 표준세탁(KS K 0693) 후)은 항균성 시험방법(KS K 0693)에 따라 황색포도상구균(Staphylococcus aureua ATCC 6538: a gram-positive bacterium)과 폐렴쌍구균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352: a gram-negative bacterium)으로 측정하였다. 감소된 박테리아 감소율은 계산식(1)을 따른다.
- 항산화성은 DPPH· 방법으로 측정하였다.
성능/효과
- 3과 4에서는 다양한 전처리제로 처리한 후 오배자 추출물로 가공한 인견직물의 표면을 각각 100배와 2000배로 확대하여 표면을 관찰한 결과이다. 100배 확대한 인견직물을 종합적으로 살펴볼 때, 가공한 직물의 표면에서 공통적으로 섬유가닥이 팽윤하여 실의 부피가 증가하였고 직물의 구조가 치밀해진 것을 볼 수 있었다. 이로써 오배자 추출물이 섬유내부로 확산되어 레이온 섬유를 구조적으로 변화시켜 팽윤시켰음을 짐작할 수 있었다.
- 이로써 오배자 추출물이 섬유내부로 확산되어 레이온 섬유를 구조적으로 변화시켜 팽윤시켰음을 짐작할 수 있었다. 2000배로 확대하여 가공한 인견 섬유의 표면을 종합적으로 살펴볼 때, 가공제가 섬유표면에 미세하게 붙어있는 것을 관찰할 수 있었으나 특별히 유의적인 차이는 아님을 알 수 있었다. 다만 키토산으로 처리한 인견직물의 경우 Fig.
- 또한 전처리 없이 오배자 추출물로 가공한 직물에 비해 양이온화제, 키토산, 키토올리고머로 전처리한 후 오배자 추출물로 가공한 직물들의 L*값이 더 크게 감소하였으며 색차도 더 크게 나타났다. 따라서 양이온화제, 키토산, 키토올리고머 전처리에 의해 인견직물에 오배자 추출물의 염색단(chromophore) 부착효과가 커지는 것을 알 수 있었다. 특히 키토산을 전처리제로 사용하였을 때 인견직물의 명도가 가장 크게 감소했으나 색차 △E값은 다른 전처리 후 오배자 처리 직물들에서와 비슷한 수준을 보였다.
- 9% 이상의 높은 항균성을 보였다. 따라서 오배자 추출물 가공이 여러 번의 세탁 이후에도 항균성에 변화가 없는 매우 안정적인 결합으로 이루어졌음을 확인하였다. 오배자 추출물 가공은 세탁에 대한 안정성도 우수하므로 천연항균제로서 항균제품의 실용적인 적용 측면에서도 충분히 가치가 있을 것으로 보인다.
- 먼저 명도를 살펴보면 오배자 추출물로 처리한 모든 직물에서 L*값이 감소하였으므로 오배자 가공 처리에 의해 인견직물의 명도가 낮아졌음을 알 수 있었다. 또한 전처리 없이 오배자 추출물로 가공한 직물에 비해 양이온화제, 키토산, 키토올리고머로 전처리한 후 오배자 추출물로 가공한 직물들의 L*값이 더 크게 감소하였으며 색차도 더 크게 나타났다. 따라서 양이온화제, 키토산, 키토올리고머 전처리에 의해 인견직물에 오배자 추출물의 염색단(chromophore) 부착효과가 커지는 것을 알 수 있었다.
- 오배자 추출물 가공 시 특히 전처리를 한 직물에서 색상변화가 뚜렷하게 나타났는데, 이로써 전처리에 의해 오배자의 색소성분의 부착성능이 향상됨을 알 수 있었다. 또한 천연물질인 키토산과 키토올리고머를 이용하여 양이온화제 처리와 같은 효과를 나타낼 수 있었으며, 키토올리고머는 키토산 보다 작은 분자량 때문에 더욱 좋은 착색 반응을 보였다. 한편 오배자는 좋은 천연 항균물질로서 전처리 여부와 관계없이 오배자 추출물을 처리한 인견직물 모두에서 우수한 항균성을 보였으며, 따라서 안정적인 천연 항균물질로서의 사용이 가능함을 확인하였다.
- Table 1은 오배자 추출물 처리에 의한 인견직물의 색상변화를 나타낸 것이다. 먼저 명도를 살펴보면 오배자 추출물로 처리한 모든 직물에서 L*값이 감소하였으므로 오배자 가공 처리에 의해 인견직물의 명도가 낮아졌음을 알 수 있었다. 또한 전처리 없이 오배자 추출물로 가공한 직물에 비해 양이온화제, 키토산, 키토올리고머로 전처리한 후 오배자 추출물로 가공한 직물들의 L*값이 더 크게 감소하였으며 색차도 더 크게 나타났다.
- 이와 더불어 다양한 전처리제를 사용하여 오배자의 항균성과 항산화성을 향상시키고 내구성을 높이기 위한 가공조건을 도출하고자 하였다. 연구 결과, 비스코스 레이온에 오배자 추출물을 Pad-dry-cure법으로 가공하면 오배자 유효성분이 비스코스 레이온 섬유에 안정적으로 도입됨을 알 수 있었다. 오배자 추출물 가공 시 특히 전처리를 한 직물에서 색상변화가 뚜렷하게 나타났는데, 이로써 전처리에 의해 오배자의 색소성분의 부착성능이 향상됨을 알 수 있었다.
- 연구 결과, 비스코스 레이온에 오배자 추출물을 Pad-dry-cure법으로 가공하면 오배자 유효성분이 비스코스 레이온 섬유에 안정적으로 도입됨을 알 수 있었다. 오배자 추출물 가공 시 특히 전처리를 한 직물에서 색상변화가 뚜렷하게 나타났는데, 이로써 전처리에 의해 오배자의 색소성분의 부착성능이 향상됨을 알 수 있었다. 또한 천연물질인 키토산과 키토올리고머를 이용하여 양이온화제 처리와 같은 효과를 나타낼 수 있었으며, 키토올리고머는 키토산 보다 작은 분자량 때문에 더욱 좋은 착색 반응을 보였다.
- 7은 다양한 전처리제로 처리한 후 오배자 추출물로 가공한 인견직물의 항산화성을 나타낸 것이다. 오배자 추출물이 처리된 인견직물에서는 전처리제의 사용과는 관계없이 95% 이상의 높은 항산화성을 나타내었다. 오배자는 페놀화합물에 함유된 에틸아세테이트 분획으로 높은 항산화성을 보이는 것으로 여겨진다(Kim et al.
- 5에서 (b)를 보면 전처리 없이 오배자 추출물만으로 처리 한 인견직물은 미처리 인견직물보다도 인장강도가 약간 증가한 것을 볼 수 있다. 이로서 오배자 처리가 100% 레이온 직물에서 다소나마 강도를 증가시키는 긍정적인 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 하지만 이러한 결과는 선행연구(Hong & Koh, 2014)에서 오배자 추출물로 가공한 면직물의 인장강도가 다소 하락한 것과는 상반된 결과인데, 따라서 동일한 셀룰로오스계 섬유라 할지라도 분자량이나 섬유 내부구조 등 그 밖의 특징들에 따라서 오배자 추출물의 침투와 반응 결과가 다른 영향을 줄 수 있음을 알 수 있었다.
- Table 3은 다양한 전처리제로 처리한 후 오배자 추출물로 가공한 인견직물의 항균성을 나타낸 것이다. 전처리제의 사용과는 관계없이 오배자 추출물로 처리한 모든 직물에서 공시균(황색포도상 구균과 폐렴균) 99.9% 이상의 정균감소율을 나타내었다. 오배자의 주성분인 갈로탄닌은 이질균, 세균체의 단백질과 쉽게 결합하여 응고하기 때문에 세균의 발육을 억제하는 작용을 한다고 알려져 있다(Kim, 2004).
- 다양한 전처리제로 처리한 후 오배자 추출물로 가공한 인견직물의 항균성에 대한 내세탁성을 시험하였다. 전처리제의 처리 유무에 상관없이 모든 오배자 추출물로 가공한 인견직물은 5회 세탁 이후에도 99.9% 이상의 높은 항균성을 보였다. 따라서 오배자 추출물 가공이 여러 번의 세탁 이후에도 항균성에 변화가 없는 매우 안정적인 결합으로 이루어졌음을 확인하였다.
- Table 2에서는 다양한 전처리제로 처리한 후 오배자 추출물로 가공한 인견직물의 강연성을 나타내었다. 전체적으로 키토산으로 전처리한 후 오배자 추출물로 가공한 인견직물의 강경도는 증가하였고, 양이온화제로 전처리한 후 오배자 추출물로 가공한 인견직물의 강경도는 감소하는 경향을 보였다. 키토산 처리 후 직물의 강경도가 증가한 것은 키토산이 고분자 물질이고 셀룰로오스 섬유와 결합해서 직물에 코팅됨으로써 직물의 두께감이 증가되고 뻣뻣해져서 굽힘 변형에 대한 저항력이 커졌기 때문으로 생각되었다.
- 한편 양이온화제로 처리한 경우에는 양이온화 과정 중에 알칼리에 의한 인견직물의 추가적인 불순물 제거(발호) 등이 이루어졌기 때문에 소폭이지만 강연성의 감소가 발생한 것으로 보인다. 종합적으로 볼 때 본 연구의 전처리 조건 중에서 키토산 처리는 인장강도 감소와 촉감 하락 등 인견직물의 기계적인 성격을 가장 크게 해치는 전처리 방법임을 알 수 있었다.
- 천연물의 경우 대부분이 항균력을 나타내기 위해서는 과량을 처리해야 하므로 실용성이 낮은 경우가 많다. 하지만 오배자는5~10% o.w.f. 정도의 적은 양으로도 충분한 항균성을 가지며 쉽게 많은 양을 추출할 수 있고 추출성분 내에 항균성분의 함량도 높은 것으로 나타났다. 또한 분말화가 가능하고 저장 안정성이 우수하여 실용적인 천연항균제로서의 이용이 가능할 것으로 보인다.
- 또한 천연물질인 키토산과 키토올리고머를 이용하여 양이온화제 처리와 같은 효과를 나타낼 수 있었으며, 키토올리고머는 키토산 보다 작은 분자량 때문에 더욱 좋은 착색 반응을 보였다. 한편 오배자는 좋은 천연 항균물질로서 전처리 여부와 관계없이 오배자 추출물을 처리한 인견직물 모두에서 우수한 항균성을 보였으며, 따라서 안정적인 천연 항균물질로서의 사용이 가능함을 확인하였다. 또한 오배자 추출물로 처리한 비스코스 레이온 직물은 높은 항산화성을 보였는데, 따라서 오배자 추출물이 처리된 의류제품을 착용함으로써 피부의 항산화에도 도움을 받을 수 있을 것으로 기대한다.
후속연구
- , 2000). 따라서 오배자 처리 시 높은 항산화성으로 자유라디칼 (free radical)의 생성을 억제하는 것이 가능하게 되므로 오배자 추출물로 처리한 의류소재는 피부의 항산화에도 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
- 카보닐기는 불포화 결합을 가지기 때문에 여러 시약에 대한 반응성이 크다. 따라서 오배자 추출물의 처리 자체가 다양한 섬유가공에 있어서 가공성을 향상시키기 위한 전처리로도 활용될 수 있음을 알 수 있었다.
- 이러한 천연 항균제를 여름철 의류소재에 적용하는 것은 고온다습한 우리나라 여름철 기후에서 의복이나 침구류 등을 매개체로 한 병원성 세균의 번식이나 오취의 발생을 방지할 수 있고, 사용자에게 위생적인 환경을 제공할 수 있는 매우 유용한 가공이 될 것으로 기대된다. 또한 본 연구는 오배자 추출물을 적용한 인견직물의 항균성 및 항산화 성과 같은 기능성 연구에 기초자료를 제공하고, 기존의 합성 항균제를 대체할 환경 친화적인 항균가공법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
- 정도의 적은 양으로도 충분한 항균성을 가지며 쉽게 많은 양을 추출할 수 있고 추출성분 내에 항균성분의 함량도 높은 것으로 나타났다. 또한 분말화가 가능하고 저장 안정성이 우수하여 실용적인 천연항균제로서의 이용이 가능할 것으로 보인다.
- 한편 오배자는 좋은 천연 항균물질로서 전처리 여부와 관계없이 오배자 추출물을 처리한 인견직물 모두에서 우수한 항균성을 보였으며, 따라서 안정적인 천연 항균물질로서의 사용이 가능함을 확인하였다. 또한 오배자 추출물로 처리한 비스코스 레이온 직물은 높은 항산화성을 보였는데, 따라서 오배자 추출물이 처리된 의류제품을 착용함으로써 피부의 항산화에도 도움을 받을 수 있을 것으로 기대한다.
- 특히 키토산, 키토올리고머, 그리고 양이온화제 등 다양한 전처리제를 활용하여 오배자 추출물의 처리를 극대화하는 방법을 모색하였다. 이러한 천연 항균제를 여름철 의류소재에 적용하는 것은 고온다습한 우리나라 여름철 기후에서 의복이나 침구류 등을 매개체로 한 병원성 세균의 번식이나 오취의 발생을 방지할 수 있고, 사용자에게 위생적인 환경을 제공할 수 있는 매우 유용한 가공이 될 것으로 기대된다. 또한 본 연구는 오배자 추출물을 적용한 인견직물의 항균성 및 항산화 성과 같은 기능성 연구에 기초자료를 제공하고, 기존의 합성 항균제를 대체할 환경 친화적인 항균가공법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
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