선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구실에서는 향나무 추출물을 함유하는 폴리우레탄 나노섬유의 제조에 관한 연구를 이미 진행한 바 있으며(Kim & Lee, 2016), 그 후속연구로 향나무추출물을 함유하는 폴리우레탄 복합 나노섬유의 구조적, 열적 특성과 항균특성을 확인하여, 아토피 치료용 의류 및 침구, 미용 및 화장용 기능성 소재, 의료용 항균소재 등으로 활용될 수 있는 기능성 복합 나노소재의 가능성을 제안하고자 한다.
제안 방법
- 5mL/h 등으로 구성하였다. PU 방사용액의 농도는 12.00wt%, 방사전압은 8kV, 방사거리는 15cm로 하여 전기방사하였다.
- PU 복합 나노섬유의 열안정성과 열분해 거동 등 열적 특성을 살펴보기 위해 열분석기(thermal analyzer, TGA, DSC 1, Mettler-Toledo, Korea)를 사용하여 측정하였다. 열중량 분석(thermogravimetric analysis)은 10ºC/min의승온속도로 25~800ºC의 질소 분위기에서 나노웹의 중량 감소 변화를 조사하였다.
- PU/향나무 추출물 복합 방사용액을 이용한 나노섬유를 제조하기 위해 전기방사 시스템을 0~40kv의 전압공급이 가능한 고전압 공급장치(high voltage DC power supply unit, Matsusada Precision Inc., USA), 집전판(collector), 주사기 펌프(syringe pump, KDS100), 주사기(gastight and needle lock type 10mL, Hamilton), 금속 주사기 바늘(24G), 유체 주입속도 0.5mL/h 등으로 구성하였다. PU 방사용액의 농도는 12.
- XRD 분석에서 X-ray tube는 CuKα를 사용하여 40kV, 30mA의 조건으로 조사하였다.
- 00wt% 방사용액을 제조하였다. 방사용액에 향나무 추출물을 각각 0.25, 0.50, 1.00, 1.50wt%로 첨가하여 12시간 교반 후에 1시간 초음파 처리한 다음, 다시 12시간 교반하여 향나무 추출물을 함유하는 폴리우레탄(PU) 복합 방사용액을 제조하였다.
- 열주사 분석(differential scanning calorimetry)은 각각의 나노웹 시료를 2.5mg씩 취하여 질소 기류 하에서 10ºC/min의 승온속도로 0~600ºC까지 승온시켜 열적 특성을 조사하였다.
- 열중량 분석(thermogravimetric analysis)은 10ºC/min의승온속도로 25~800ºC의 질소 분위기에서 나노웹의 중량 감소 변화를 조사하였다.
- 천연 항균물질 함유 PU 나노섬유 웹의 항균특성을 조사하기 위하여 시험균주로 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)을 공시균으로 하여 KS K 0693:2011 시험법에 의거하여 시험편과 대조편에 공시균을 배양하여 18hr 후 생균수를 측정하고 균 감소율을 산출하였다. 실험에 의한 균 감소율(%)은 정균율로서 다음 식[Eq.
- 향나무 추출물은 에탄올을 이용하여 향나무와 용매를 액비 1:10으로 하여 상온에서 48시간 침지한 후, 3회 반복 추출하여 침전물이 없을 때까지 여과지로 3회 여과한 후, 회전증발 농축기(RV10, IKA®, Germany)를 이용하여 온도 40~60ºC, 회전속도 180rpm으로 감압 농축 후 건조하여 gum 상태로 추출하였다.
- 향나무 추출물을 함유하는 폴리우레탄 복합 나노섬유를 전기방사를 통하여 제조한 후, 구조적, 열적 특성과 항균특성을 살펴본 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다. 향나무 추출물을 함유하는 PU 나노섬유의 FT-IR 스펙트럼을 살펴본 결과, 향나무 추출물로 기인한 스펙트럼이 복합 나노섬유의 밴드에서 겹치는 것으로 나타났으며, 이로써 향나무 성분이 PU matrix 내에 균일하게 분산되었다는 것을 확인할 수 있었다.
- 향나무 추출물을 함유한 나노섬유의 항균성을 평가하기 위하여 정련한 폴리에스터 직물을 나노웹 기반 직물로 사용하여 나노섬유 부직포를 제조하였다. 향나무 추출물을 함유하지 않은 순수한 PU 나노섬유를 대조군으로 하고 향나무 추출물이 함유된 PU 나노섬유를 실험군으로 하여 항균특성을 실험한 결과를 [Table 1]에 나타내었다. 기반 직물로 사용된 폴리에스터 정련 직물은[Table 1]에서 보는 바와 같이 정균 감소율이 0로 나타났다.
- 향나무 추출물의 PU 분자의 결정구조 변화에 미치는 영향을 X-ray Diffractometer(XRD, D/MAX-2500, Rigaku)를 이용하여 조사하였다. XRD 분석에서 X-ray tube는 CuKα를 사용하여 40kV, 30mA의 조건으로 조사하였다.
- 향나무 추출물이 함유된 PU 나노섬유 내에서 PU와 향나무 추출물의 상호작용을 조사하기 위하여 ATR-FTIR(Nicolet 5700, Thermo Electron Co., USA)을 이용하였으며, 그 파장범위는 4,000~600cm-1이며, 투과법에 의해 측정하였다.
대상 데이터
- Polyurethane KURAMIRON® 3180(Kuraray Co. Ltd., Japan)을 N,N-dimethylformamide(DMF)와 methyl ethyl ketone(MEK)의 1:1 중량비 혼합용매에 용해하여 12.00wt% 방사용액을 제조하였다.
- 향나무 추출물을 함유한 나노섬유의 항균성을 평가하기 위하여 정련한 폴리에스터 직물을 나노웹 기반 직물로 사용하여 나노섬유 부직포를 제조하였다. 향나무 추출물을 함유하지 않은 순수한 PU 나노섬유를 대조군으로 하고 향나무 추출물이 함유된 PU 나노섬유를 실험군으로 하여 항균특성을 실험한 결과를 [Table 1]에 나타내었다.
성능/효과
- PU를 단독 방사한 나노섬유의 용융점은 407ºC였으며, 향나무 추출물의 함량이 증가함에 따라 용융점이 406, 405, 402, 396ºC로 낮아지는 것으로 나타났다.
- XRD 스펙트럼을 통한 결정구조 분석결과, PU/JCE 복합 나노섬유에서 향나무 추출물의 함량이 증가할수록 PU 특정 피크가 다소 감소하는 것을 알 수 있었다.
- 사진으로부터 황색포도상구균을 이용한 항균특성 시험과 폐렴간균을 이용한 항균특성 시험 모두에서 대조군의 나노섬유에서는 많은 수의콜로니가 형성되어 있음이 관찰되었다. 그러나 향나무 추출물 1.00wt%를 함유한 PU 나노섬유에서는 황색포도상구균과 폐렴간균 모두에 대해서 매우 우수한 항균 특성을 확인할 수 있었다.
- PU를 단독 방사한 나노섬유의 용융점은 407ºC였으며, 향나무 추출물의 함량이 증가함에 따라 용융점이 406, 405, 402, 396ºC로 낮아지는 것으로 나타났다. 또한 endothermic peak 엔탈피가 순수한 PU 나노섬유에서는 520.14J/g으로 나타났으며, 향나무 추출물이 0.25% 함유된 PU 나노섬유는 469.01J/g, 0.50% 함유한 나노섬유는 445.37J/g, 1.00% 함유한 나노섬유는 419.01J/g, 1.50% 함유한 나노섬유는 383.66J/g으로 점차 낮아지는 것으로 나타났다. 이는 PU 나노섬유에 향나무 추출물이 추가됨에 따라 나노섬유의 열분해(용융)에 필요한 열량(ΔHm)이 감소하는 것을 의미한다.
- 이는 나노웹에 포함된 향나무 추출물의 농도가 너무 낮은데 기인한 것으로 보인다(Sabitha & Sheeja, 2015). 또한 향나무 추출물의 함량이 증가할수록 PU 특정 피크가 다소 감소하는 것을 알 수 있다.
- 또한, 10%의 중량 감소를 나타내는 온도는 순수한 PU 나노섬유의 경우, 335oC로 나타났으며, 향나무 추출물이 0.25, 0.50, 1.00, 1.50wt% 함유한 PU 복합 나노섬유는 각각 330, 322, 320, 320ºC로 향나무 추출물 함유량이 증가함에 따라 조금씩 낮아지는 것으로 나타났다.
- 또한, DSC, TGA thermogram을 통하여 열특성을 살펴본 결과, PU 나노섬유에 향나무 추출물이 추가됨에 따라 PU/JCE 복합 나노섬유의 열분해(용융)에 필요한 열량(ΔHm)이 감소하는 것으로 나타났으며, 향나무 추출물의 양이 증가함에 따라 열적 안정성은 조금씩 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
- 7]은 황색포도상구균과 폐렴간균에 대한 향나무 추출물을 첨가하지 않은 PU 나노섬유와 향나무 추출물을 함유한 PU 나노섬유에서의 항균특성 실험 후, 37 ºC에서 24시간 동안 배양한 후 agar plate에 형성된 콜로니 사진을 나타내었다. 사진으로부터 황색포도상구균을 이용한 항균특성 시험과 폐렴간균을 이용한 항균특성 시험 모두에서 대조군의 나노섬유에서는 많은 수의콜로니가 형성되어 있음이 관찰되었다. 그러나 향나무 추출물 1.
- 상온에서 800ºC까지 온도를 증가시켜 질량의 변화를 확인한 결과, 순수한 PU 나노섬유와 0.25, 0.50, 1.00, 1.50wt% 향나무 추출물을 함유한 PU 나노섬유는 각각 280, 270, 265, 230, 190ºC에서 열분해가 시작되었다.
- 9% 정균 감소율의 매우 높은 항균특성을 나타냈다. 이상의 결과로 향나무 추출물은 전기방사 후에도 항균성이 유지됨을 알 수 있었으며, 일상의 항균소재로 이용되기 위한 열적인 안정성도 확인되었다. 따라서 본 연구의 PU/JCE 복합 나노섬유는 항균성을 요하는 아토피 치료용 의류 및 침구, 미용 및 화장용 기능성 소재, 의료용 항균소재 등으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 향나무 추출물을 1.00wt% 함유하는 PU 복합 나노섬유의 항균특성을 살펴본 결과, 황색포도상구균과 폐렴간균 모두에서 99.9% 정균 감소율의 매우 높은 항균특성을 나타냈다. 이상의 결과로 향나무 추출물은 전기방사 후에도 항균성이 유지됨을 알 수 있었으며, 일상의 항균소재로 이용되기 위한 열적인 안정성도 확인되었다.
- 향나무 추출물을 함유하는 폴리우레탄 복합 나노섬유를 전기방사를 통하여 제조한 후, 구조적, 열적 특성과 항균특성을 살펴본 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다. 향나무 추출물을 함유하는 PU 나노섬유의 FT-IR 스펙트럼을 살펴본 결과, 향나무 추출물로 기인한 스펙트럼이 복합 나노섬유의 밴드에서 겹치는 것으로 나타났으며, 이로써 향나무 성분이 PU matrix 내에 균일하게 분산되었다는 것을 확인할 수 있었다.
- 기반 직물로 사용된 폴리에스터 정련 직물은[Table 1]에서 보는 바와 같이 정균 감소율이 0로 나타났다. 향나무 추출물의 함유량이 1.00wt% PU 나노섬유에서 황색포도상구균에 대한 항균성은 99.9%, 폐렴간균에 대한 항균성도 99.9%로 매우 우수한 결과를 나타내었다. [Fig.
- 3]과 같다. 향나무 추출물의 흡수밴드는 3,300cm-1부근에서 넓은 흡수피크를 보였는데 O-H의 신축진동으로 페놀의 히드록시기가 높은 농도가 나타났음을 보여주고, 2,970cm-1 부근의 피크는 지방족 스펙트럼인 C-H의 강한 신축진동이 확인되었다. 1,400~1,600cm-1부근에서의 3개의 작은 피크로 구성된 C=C 흡수밴드는 방향환으로, 1,250cm-1 부근의 방향족 에스테르기와 연관된 C-O 흡수밴드가 나타났다.
후속연구
- 이상의 결과로 향나무 추출물은 전기방사 후에도 항균성이 유지됨을 알 수 있었으며, 일상의 항균소재로 이용되기 위한 열적인 안정성도 확인되었다. 따라서 본 연구의 PU/JCE 복합 나노섬유는 항균성을 요하는 아토피 치료용 의류 및 침구, 미용 및 화장용 기능성 소재, 의료용 항균소재 등으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.