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문제 정의
- 아직 천연계면활성제에 대한 세척성 연구도 부족하며 복식문화재에 대한 적용을 위한 연구도 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 최근 개발되어진 천연계면활성제를 출토복식의 세척에 응용하고자 적용성을 검토하는데 그 목적이 있다.
- 본 연구는 출토복식의 세척에 천연계면활성제의 적용성을 검토하기 위해 천연계면활성제를 선별하여 인공오염포와 출토직물편을 대상으로 세척성을 비교 고찰하였다. 전반적으로 물로만 세척한 경우 오염제거율은 낮았으며 세척 전후의 색차도 크지 않았고, 합성계면활성제인 SDS는 대부분 좋은 세척성을 나타내었다.
제안 방법
- 각 계면활성제의 구조를 확인하기 위하여 FT-IR 분석을 실시하였다. SDS는 대표적인 음이온 계면활성제로 도데 칸올(C12H25OH)과 황산의 에스터화 반응으로 만들어진 계면활성제이며, 가정용 세제 및 샴푸, 치약류 등에 세정제, 가용화제로 널리 사용된다.
- 계면활성제에 따른 인공오염포에 대한 세척성을 알아보기 위해서 표면반사율의 변화와 색차의 변화를 살펴보았다. 먼저 520 nm에서의 표면반사율을 측정하여 K/S값을 구하고 세척전후의 세척율을 비교한 결과, 모든 계면활성제의 세척성이 무세제인 경우보다 높은 세척성을 나타내었다.
- 한편 이러한 표면반사율은 안료와 같은 오염입자와 관계되므로 다른 유성오염 천연오염의 세척성과 반드시 일치한다고는 볼 수 없다(Kim, 2013). 따라서 세척전후의 색차를 계산하여 비교하였다(Figure 5). 식물성기름 오염의 경우, 천연계면활성제 중 cornacopa(DG)의 색차값이 높게 나타났으며 다음으로 tea saponin(TS)의 색차값이 높게 나타났다(Figure 5A).
- 또한 전계방출주 사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM), SUPRA™ 40, ZEISS, Germany)을 이용하여 섬유 상태를 관찰하였다.
- 오염포 및 출토직물편에 대한 세척성을 알아보기 위한 세척방법은 각 계면활성제별로 5 × 5 cm 크기의 인공오염포 3매와 출토직물편 2매를 3%세척액을 욕비 1:100으로 항온진탕기에 30℃, 100 rpm, 10분간 2회 세척하고 충분히 행군 후 자연건조하고 데시케이트에 24시간 보관 후 실험에 사용하였다.
대상 데이터
- , Korea)을 천연세제 재료판매업체를 통해 구입하여 사용하였다(Table 1). 또한 인공오염포는 EMPA 101, 106, 116, 118을 Testfabrics(USA)에서 구입하여 사용하였다(Table 2).
- 본 연구에 사용한 계면활성제는 비교대상으로 대표적인 음이온계면활성제인 SDS를 시그마 알드리치를 통해 구입하여 사용하였으며, 천연유래 계면활성제는 최근 천연세제용으로 많이 사용되고 있는 LES (Miwon Commercial Co., Ltd., Korea), apple wash (SEPPIC, France), tea saponin (Hangzhou Choisun Tea Sci-tech Co., Ltd., China), cornacopa (BASF, Germany), coco betain (Miwon Commercial Co., Ltd., Korea)을 천연세제 재료판매업체를 통해 구입하여 사용하였다(Table 1). 또한 인공오염포는 EMPA 101, 106, 116, 118을 Testfabrics(USA)에서 구입하여 사용하였다(Table 2).
- Saponin은 녹차 씨나 동백나무열매 등에서 추출한 배당체 화합물인 triterpenoid로 우수한 천연계면활성제이며 농약, 섬유, 화학, 건축 등 다방면에 사용되고 있고 계면활성제로 제품화 되어져 있다. 분자식은 C57H90O26 이다 . FT-IR 분석 결과 3377 cm-1 에서 O-H peak, 2929 cm-1 에서 C-H의 stretching에 의한 peak, 1607 cm-1 에서 C-OH primary alcohol의 stretching peak, 1377, 1072, 1043 cm -1 에서 C-O의 stretching bending에 의한 peak를 나타내었으며 이러한 –OH , -O-와 같은 약한 친수기들을 여러 개 가지고 있어 계면활성제로 사용되는 비이온계면활성제이다 (Figure 2D).
- 출토직물편은 대전 금고동에서 출토된 것으로 그 용도가 불분명한 면직물을 사용하였다(Figure 5). 직물편은 파손이 심하였으며 부분적으로 탄화된 흔적이 있다.
- 한편 출토직물편은 2011년도에 대전 금고동에서 출토된 안정나씨 일가 복식유물 보존처리 중 사용용도를 알 수없는 직물편을 선별하여 사용하였다(Table 3, Figure 1).
데이터처리
- 세척성에 대한 평가는 분광측색계 (JX777, Color Techno System. co. ltd., Japan)로 520 nm에서의 표면반사율 값을 5곳 이상 측정한 평균값으로 K/S값을 구한 후 다음 식에 의해 세척율을 산출하였다(Kim, 2013). 또한 전계방출주 사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM), SUPRA™ 40, ZEISS, Germany)을 이용하여 섬유 상태를 관찰하였다.
이론/모형
- 한편 각 계면활성제의 구조분석을 위하여 적외선분광 분석 (FT-IR, Impact 400D, Nicolet, USA)을 실시하였으며, 계면활성제의 특성을 알아보기 위하여 pH (pH meter, F-53, Horiba, Japan)를 측정하였으며, KS M ISO 1071-4:2007 고리법에 의해 표면장력을 측정하였다.
성능/효과
- Cornacopa는 pH가높아 알카리성을 나타내었으며 사용 시 pH의 조절이 필요하며 높은 알카리성에 의해 오염제거율과 색차변화가 크게 나타난 것으로 보인다. Coco betain은 pH가 중성이며 표면장력이 다른 계면활성제에 비해 높게 나타났으며 인공오염포에 대한 오염제거율은 크지 않았으나 출토직물편에서는 높게 나타났다. Coco betain과 같은 양쪽성 계면활성제의 경우 경제성과 pH에 따른 특성변화로 산업적으로나 문화재 보존분야에서도 실용화되지 못하고 있다.
- 그 결과 출토직물편에 대해서는 coco betain(CB)과 tea saponin(TS) 의 세척성이 좋은 것으로 나타났으며 색차값도 coco betain (CB)과 tea saponin(TS)이 높게 나타났다(Figure 6, 7). SEM 관찰결과도 물만으로 세척한 것에 비해 tea saponin이나 coco betain으로 세척한 시료의 세척율이 좋은 것을 확인할 수 있었다(Figure 8). 이러한 coco betain의 경우 양쪽성 계면활성제로 등전점보다 알카리성 용액에서는 음이온으로, 산성용액에서는 양이온으로 작용한다.
- 따라서 되도록 심한 얼룩이나 오염이 있는 부분은 피하고 비슷한 색상부분의 시료를 채취하여 실험에 사용하였다. 그 결과 출토직물편에 대해서는 coco betain(CB)과 tea saponin(TS) 의 세척성이 좋은 것으로 나타났으며 색차값도 coco betain (CB)과 tea saponin(TS)이 높게 나타났다(Figure 6, 7). SEM 관찰결과도 물만으로 세척한 것에 비해 tea saponin이나 coco betain으로 세척한 시료의 세척율이 좋은 것을 확인할 수 있었다(Figure 8).
- 계면활성제에 따른 인공오염포에 대한 세척성을 알아보기 위해서 표면반사율의 변화와 색차의 변화를 살펴보았다. 먼저 520 nm에서의 표면반사율을 측정하여 K/S값을 구하고 세척전후의 세척율을 비교한 결과, 모든 계면활성제의 세척성이 무세제인 경우보다 높은 세척성을 나타내었다. 특히 apple wash(APL)와 알카리성이 높은 cornacopa (DG)의 세척성이 음이온 계면활성제인 SDS와 비슷한 세척성을 나타내었다.
- 섬유류 유물의 보존 처리에서도 세척의 경우 섬유 및 염료가 알칼리성 조건에 민감하지 않은 경우, 약 알칼리성 pH의 세척 용액을 사용 하여 음이온성 계면활성제의 세정력을 향상시키고, 지방 오염을 비누화하여 분해하고, 음이온성 계면활성제를 안정화시키고, 섬유 및 오염으로부터 방출되는 산을 중화시키는 역할도 한다(Timar-Balazsy, 2000). 본 실험에 사용된 5종의 계면활성제의 pH를 측정한 결과, SDS, LES, apple wash(APL)는 pH 8~8.7을 나타냈으며, saponin(TS)은 pH 5.9를 나타냈으며, cornacoba(DG)는 pH 11.8을 나타냈고, coco betain(CB)은 pH 7.1을 나타냈다(Table 4). 따라서 이러한 pH의 차이가 뒤에 고찰한 세척성의 차이에 영향을 주었을 것으로 생각된다.
- 이상과 같이 천연계면활성제의 세척성을 비교해 볼 때 지금까지 사용되고 있는 tea saponin이 기존의 SDS와 비슷한 세척성을 나타내었으며 유물에 대한 세척효과도 좋은 것으로 나타났다. 본 연구에서 각 시료의 오염 정도가 균일하지 않다는 제한점이 있으나 그럼에도 불구하고 tea saponin의 세척효과는 인공오염포와 마찬가지로 좋은 세척성을 나타냈다.
- 따라서 표면장력이 작을수록 세척력이 좋아진다(Kim, 2013). 본 연구에서는 각 계면활성제의 3%농도에서의 계면활성을 측정하였으며 각 계면활성제의 표면장력은 coco betain(CB), LES, tea saponin(TS), SDS, cornacopa(DG), apple wash (APL) 순으로 나타났으며 천연계면활성제로 apple wash (APL)가 표면장력이 가장 낮게 나타났다(Figure 3). 따라서 이러한 표면장력의 차이가 뒤에 고찰한 세척성의 차이에 영향을 주었을 것으로 생각된다.
- LES는 야자와 호박산으로 만든 음이온 계면활성제로 저자극 삼푸와 스킨케어 제품에 사용된다. 분자식은 C16H28Na2O7S이며 FT-IR 분석 결과 2929과 2854 cm-1에서 C-H의 stretching에 의한 peak, 1468 cm-1에서 C-H의 bending에 의한 peak를 나타냈으며, 1220cm-1 에서 S=O의 특성 peak와 1300~1000 cm-1 사이 C-O의 stretching peak들을 나타내었으며 계면활성을 나타내는 ROSO 3- 분자를 가지고 있다(Figure 2B). Apple wash는 사과 주스에서 분리한 coconutacid chloride와 아미노산의 축합 생성물의 나트륨염이다.
- 특히 apple wash(APL)와 알카리성이 높은 cornacopa (DG)의 세척성이 음이온 계면활성제인 SDS와 비슷한 세척성을 나타내었다. 세척성은 오염의 특성에 따라 차이를 나타내었으며, 식물성기름 오염의 경우(EMPA 101), 천연 계면활성제 중 cornacopa(DG)의 세척성이 좋은 것으로 나타났으며 다음으로 apple wash의 세척성이 좋은 것으로 나타났다(Figure 4A). 이는 표면장력이 작고 pH가 알칼리성을 띠고 있기 때문으로 생각된다.
- 이상과 같이 천연계면활성제의 세척성을 비교해 볼 때 지금까지 사용되고 있는 tea saponin이 기존의 SDS와 비슷한 세척성을 나타내었으며 유물에 대한 세척효과도 좋은 것으로 나타났다. 본 연구에서 각 시료의 오염 정도가 균일하지 않다는 제한점이 있으나 그럼에도 불구하고 tea saponin의 세척효과는 인공오염포와 마찬가지로 좋은 세척성을 나타냈다.
- 본 연구는 출토복식의 세척에 천연계면활성제의 적용성을 검토하기 위해 천연계면활성제를 선별하여 인공오염포와 출토직물편을 대상으로 세척성을 비교 고찰하였다. 전반적으로 물로만 세척한 경우 오염제거율은 낮았으며 세척 전후의 색차도 크지 않았고, 합성계면활성제인 SDS는 대부분 좋은 세척성을 나타내었다. 천연계면활성제 중 LES는 전반적으로 오염제거율과 색차변화가 낮게 나타났다.
- 전반적으로 물로만 세척한 경우 오염제거율은 낮았으며 세척 전후의 색차도 크지 않았고, 합성계면활성제인 SDS는 대부분 좋은 세척성을 나타내었다. 천연계면활성제 중 LES는 전반적으로 오염제거율과 색차변화가 낮게 나타났다. Apple wash는 사용된 계면활성제 중 표면장력이 가장 낮았으며 오염제거율은 높게 나타냈으나 색차값은 크게 높지는 않았다.
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