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문제 정의
- 반복염색 실험에서는 1회 염색은 단일 염색과 동일한 방법으로, 그 이후의 염색은 각 전 회의 염색 시료를 건조시킨 후에 실시하였으며, 잔여 염액을 재사용하는 방법을 이용하였다. 본 논문은 단일염색과 반복 염색 모두 매염제를 적용하지 않은 조건에서 색채의 변화나 견뢰도를 우선 판단하고자 함을 목적으로 하였다.
- 본 연구에서 제주 해안에서 채취한 감태를 분말화하여 면직물에 대한 염색성과 색채특성, 견뢰도를 고찰하여 염색 면직물에 발현된 색채특성별로 적합한 염색조건과 함께, 항미생물성 및 자외선차단성의 활용 가능성을 밝히고자 하였다. 그 결과로서 해양생물자원을 활용한 천연 염색에 관한 연구의 일환으로서, 종래의 알콜 추출이나 열수 추출을 이용한 추출방법이 아닌 감태 식품 가공을 위한 자숙 공정에 의하여 fucoxantin의 함유량이 매우 높은 감태 염료를 제조할 수 있었다.
- 본 연구에서는 감태 자숙액의 분말 염료로 면직물을 염색하여, 염색 온도, 염색 시간, 염액 농도, 반복 염색 횟수, pH를 포함한 다양한 염색 조건에 따라 최대 염착량을 얻을 수 있는 염색 조건을 규명하는 한편, 염색된 면직물의 색채 특성과 염색 견뢰도의 특성을 고찰하고, 항미생물성 및 자외선차단성을 평가함으로써, 감태를 활용한 천연염색 섬유소재의 활용을 탐색하고자 하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 염색온도, 시간, 농도, pH에 따른 염색성: 일반적으로 화학 염료로 염색할 경우 적은 양의 염료로 색을 발현하나, 천연 염료의 경우 발현 효과의 차이가 거의 없어 본 연구에서는 최적 염색조건을 탐색하기 위하여 염색 온도와 시간, 농도에 따른 염색성을 저농도와 고농도의 범위로 나누어서 살펴보았다. Figure 2는 감태 분말 염료 30−100% 농도 범위에서의 염색 조건별 염착량 변화를 나타낸 것이다.
- 이에 본 연구에서는 새로운 천연 염색 재료의 실용화 가능성을 확인하기 위하여 감태를 자숙하여 염액 추출 후 분말화 한 뒤, 염색성과 기능성을 조사하여 유용하게 활용될 수 있는지 알아보았다. 또한 면직물에 적용하기 위해 염색온도와 시간, 염액의 농도, pH 등의 염색조건의 염착성에 미치는 효과를 조사하였으며, 반복염색횟수에 따른 색상의 변화와 견뢰도에 미치는 영향을 조사하여 실용 가능성을 확인하였으며, 항균성 및 자외선차단성 실험을 통해 감태 자숙액 분말염료로 염색한 면직물이 피부건강과 관련된 바이오 기능성을 제공할 수 있는지를 고찰하였다.
제안 방법
- 단일 염색과 반복 염색에 따른 항미생물성 비교: 감태 자숙액 분말염료로 염색한 경우 항균성 정도를 확인하기 위해 정균감소 시험을 실시하였다. 감태 염료의 농도를 직물 원단 대비 50% 3회, 100% 1회, 90% 4회, 200% 1회로 각각 염색 처리한 면 섬유소재에 대하여 포도상구균과 폐렴구균의 2종균에 대한 항균성을 평가하였다. Table 10은 포도상구균과 폐렴구균에 대한 균 감소율을 나타낸 것으로 감태 자숙액 분말염료로 염색한 면 섬유소재에 대한 50% 3회 염색 직물의 세탁 전 및 10회 세탁 후 항균성과 100% 1회 염색 직물의 세탁 전 및 10회 세탁 후 항균성, 90% 4회 염색 직물의 세탁 전 및 10회 세탁 후 항균성, 200% 1회 염색 직물의 세탁 전 및 10회 세탁 후 항균성 결과이다.
- 감태 자숙액 분말염료로 염색한 면직물의 자외선차단성 평가는 UV Transmittance Analyzer(Labsphere Co., USA)를 사용하여 KS K 0850 준용에 따라 Xenon Arc 광원으로 290−400 nm를 투과시켜 투과하지 않은 자외선을 UV-A(320−400 nm)와 UV-B(290−320 nm)로 나누어 백분율로 나타내었다.
- 감태 자숙액에서 얻은 분말염료의 천연색소 Fucoxanthin 의 화학 구조 및 성분 함량을 HPLC로 분석하였다.
- 감태를포함한갈조류의주요색소로거론되는 Fucoxanthin을 목표 물질로 하여 자숙 과정을 통해 얻어진 자숙액을 건조하여 얻은 감태 분말 염료에 포함된 천연 색소 Fucoxanthin의 정량을 추정하고자 확인하기 위하여 iLC3300 HPLC system(Labogene, Eresing, GER)으로 분석하였다. 분석용 컬럼은 EC 250/4.
- 단일 염색과 반복 염색에 따른 견뢰도 비교: 앞서 논의한 대표적인 색채들의 염색 면직물을 대상으로 염색 견뢰도를 평가하였다. Table 9에서 알 수 있듯이, 염색 면직물들은 마찰견뢰도는 모든 색채의 면직물이 4−5 등급의 우수한 판정을 받았으며, 드라이클리닝에 대한 견뢰도가 변퇴색과 용제 오염에 대하여 모두 4−5등급으로 매우 우수한 것으로 나타났다.
- 단일 염색과 반복 염색에 따른 항미생물성 비교: 감태 자숙액 분말염료로 염색한 경우 항균성 정도를 확인하기 위해 정균감소 시험을 실시하였다. 감태 염료의 농도를 직물 원단 대비 50% 3회, 100% 1회, 90% 4회, 200% 1회로 각각 염색 처리한 면 섬유소재에 대하여 포도상구균과 폐렴구균의 2종균에 대한 항균성을 평가하였다.
- 이상의 결과를 종합하였을 때, 80oC에서 50분 동안 염색하였을 때 염착량이 가장 효과적으로 증가하여 염색이 더 진하게 이루어질 수 있는 염색 온도와 시간의 조건임을 알 수 있다. 따라서 반복 염색횟수, pH 조건에 따른 염착량, 견뢰도 평가 및 기능성 평가를 위한 염색 조건은 위와 같은 방법으로 염색 온도 80oC, 염색 시간 50분으로 설정하여 이후 실험을 진행하였다.
- 이에 본 연구에서는 새로운 천연 염색 재료의 실용화 가능성을 확인하기 위하여 감태를 자숙하여 염액 추출 후 분말화 한 뒤, 염색성과 기능성을 조사하여 유용하게 활용될 수 있는지 알아보았다. 또한 면직물에 적용하기 위해 염색온도와 시간, 염액의 농도, pH 등의 염색조건의 염착성에 미치는 효과를 조사하였으며, 반복염색횟수에 따른 색상의 변화와 견뢰도에 미치는 영향을 조사하여 실용 가능성을 확인하였으며, 항균성 및 자외선차단성 실험을 통해 감태 자숙액 분말염료로 염색한 면직물이 피부건강과 관련된 바이오 기능성을 제공할 수 있는지를 고찰하였다. 이는 기존식물과 광물에서만 추출한 것에서 벗어나 새로운 천연염료를 해양 자원의 부가가치를 높일 뿐만 아니라 새로운 색소 성분의 발굴과 함께 색상의 다양화 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, 천연염색 산업에 기초자료를 제공하여 환경친화적인 기능성 천연염재개발에 도움을 줄 수 있을 것이다.
- 염색 온도(60, 80oC)와 염색 시간(30, 50분), 염액 농도(30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 500, 700%, owf), 염색 횟수(1, 2, 3, 4, 5회)를 달리하여 염색하였다. 반복염색 실험에서는 1회 염색은 단일 염색과 동일한 방법으로, 그 이후의 염색은 각 전 회의 염색 시료를 건조시킨 후에 실시하였으며, 잔여 염액을 재사용하는 방법을 이용하였다. 본 논문은 단일염색과 반복 염색 모두 매염제를 적용하지 않은 조건에서 색채의 변화나 견뢰도를 우선 판단하고자 함을 목적으로 하였다.
- 색채 특성: 앞서 반복 염색횟수에 따른 염착성을 고찰한 결과를 토대로 저농도와 고농도로 염색한 직물의 염착량 차이가 거의 없는 염색 직물들이 동일한 색채를 발현한 것으로 예상하여 위 직물을 대상으로 하여 반복 염색 횟수에 따른 색채 특성을 규명하였다. 본 연구에서는 감태 100%, 150%, 200% 농도로 1회 염색하였을 때와 동일한 색채를 발현하는 저농도 반복염색 조건을 비교, 고찰하였다. Table 6은 30% 농도-반복염색 5회와 50% 농도-반복염색 3회, 70% 농도-반복염색 2회, 90% 농도-반복염색 2회, 100% 농도1회 염색한 색채 특성 결과로, 감태 분말염료 100% 1회 염색과 동일한 색채를 발현하는 가장 효율적인 방법은 70% 농도로 2회 반복 염색하는 조건이었다.
- 본 연구에서는 감태 염액 농도 50%, 100%, 300%, 500%, 700%의 염색 면직물과 농도 50%의 반복염색 3회, 농도 90%의 반복염색 4회, pH를 4로 조정한 염색 면직물의 자외선 차단성을 평가하였으며, 그 결과는 Table 11에 제시하였다. 구체적으로 살펴보면 시험 백포의 UPF 지수는 8.
- 색채 특성: 앞서 반복 염색횟수에 따른 염착성을 고찰한 결과를 토대로 저농도와 고농도로 염색한 직물의 염착량 차이가 거의 없는 염색 직물들이 동일한 색채를 발현한 것으로 예상하여 위 직물을 대상으로 하여 반복 염색 횟수에 따른 색채 특성을 규명하였다. 본 연구에서는 감태 100%, 150%, 200% 농도로 1회 염색하였을 때와 동일한 색채를 발현하는 저농도 반복염색 조건을 비교, 고찰하였다.
- 염색 면직물의 표면 색채에 대한 물리적 특성으로서 색차계(CM-2500D, Minolta, Japan)를 이용하여 D65 광원과 시야각 10o 조건 하에서 CIE의 L*, a*, b*, C* 값을 측정하였다. 그리고 이들 값을 Munsell Conversion(version 15.
- 염색은 IR 자동염색기(고려화학, Perfect 24, Korea)를 이용하여 욕비 1:200의 조건에서 실시하였다. 염색 온도(60, 80oC)와 염색 시간(30, 50분), 염액 농도(30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 500, 700%, owf), 염색 횟수(1, 2, 3, 4, 5회)를 달리하여 염색하였다. 반복염색 실험에서는 1회 염색은 단일 염색과 동일한 방법으로, 그 이후의 염색은 각 전 회의 염색 시료를 건조시킨 후에 실시하였으며, 잔여 염액을 재사용하는 방법을 이용하였다.
- 염색은 IR 자동염색기(고려화학, Perfect 24, Korea)를 이용하여 욕비 1:200의 조건에서 실시하였다. 염색 온도(60, 80oC)와 염색 시간(30, 50분), 염액 농도(30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 500, 700%, owf), 염색 횟수(1, 2, 3, 4, 5회)를 달리하여 염색하였다.
- 이를 바탕으로, 최적 염색 온도와 시간인 80oC, 50분 조건하에 가장 높은 염착량을 가진 염액 농도 90%로 염색한 면직물을 대상으로 염액의 pH에 따른 염착성을 고찰하였고, 그 결과는 Figure 4에 제시하였다. pH를 조절하지 않은 감태 분말 염액의 pH는 약 7.
- 이에 본 연구에서는 염색의 반복 횟수에 따른 염착량과 고농도 염료로 1회 염색한 후의 염착량을 고찰하기 위하여 염액 농도 30%, 50%, 70%, 90%에 대하여 80oC, 50분의 조건에서 1−5회를 염색하였으며, 염액 농도 100%, 150%, 200%, 250%, 300%, 500%, 700%에 대하여 80oC, 50분의 조건에서 1회 염색하여 저농도 반복염색의 결과와 비교하였다.
대상 데이터
- 분석용 컬럼은 EC 250/4.6 NUCLEODUR 100-5 C18ec (250 mm×4.6 mm)을 사용하였으며, 이동상은 acetonitrile:methanol:ethylacetate=88:10:2, 이동상의 유속은 1ml/min, 시료주입량은 20 μl였다.
- of colonies)을 구하였다. 시험균은 그람음성지정균인 폐렴간균(Klevsiella pneumonia ATCC4352)과 포도상구균(Staphlococcus aureus ATCC 6538)을 사용하였다.
- 제주 해안가에서 채취한 감태 건조물을 세척한 후, 130oC의 증기에서 2시간 자숙하여 얻어지는 액상추출물(자숙액)을 냉동건조기(PVTFD10A, Ilshinlab, Korea)를 이용하여 동결·건조시켜 분말화한 후, 이를 염재로 사용하였으며, 이 때 얻어지는 염료분말수율은 감태 건조물 중량 대비 약 7%였다.
이론/모형
- 감태 자숙액 분말염료로 염색한 면직물의 항미생물성을 평가하기 위하여 KS K 0693에 의한 정량적 균 감소율(reduction rates in no. of colonies)을 구하였다. 시험균은 그람음성지정균인 폐렴간균(Klevsiella pneumonia ATCC4352)과 포도상구균(Staphlococcus aureus ATCC 6538)을 사용하였다.
- 그리고 이들 값을 Munsell Conversion(version 15.0)에 의해 먼셀 색체계의 3속성치 H V/C 값으로 변환하였으며, 색차(이하 ΔE라 칭함)는 염색처리를 하지 않은 백색 시료를 기준으로 하여 나타내었으며, ΔE 값은 아래와 같은식에 의해 산출하였다.
- 염색한 면직물의 일광 견뢰도는 KS K ISO 105-B02:2005에 따라 평가하였으며, 드라이클리닝 세탁 견뢰도는 KS K ISO 105-D01:2005에 따라, 손세탁견뢰도는 TWC TM 250 :2009에 의하여, 마찰 견뢰도는 KS K 0650:2006에 의하여 건, 습 조건의 시험으로 크로미터법에 준하여 평가하였다. 또한 땀 견뢰도는 KS K ISO 105 E04:2005에 따라 평가하였다.
- 염색한 면직물의 일광 견뢰도는 KS K ISO 105-B02:2005에 따라 평가하였으며, 드라이클리닝 세탁 견뢰도는 KS K ISO 105-D01:2005에 따라, 손세탁견뢰도는 TWC TM 250 :2009에 의하여, 마찰 견뢰도는 KS K 0650:2006에 의하여 건, 습 조건의 시험으로 크로미터법에 준하여 평가하였다. 또한 땀 견뢰도는 KS K ISO 105 E04:2005에 따라 평가하였다.
- 염착량으로서 표면 색강도 K/S값은 색차계(CM-2500D, Minolta, Japan)를 사용하여 360−740λ 범위의 흡수파장 범위의 표면반사율(R)을 측정하고, 흡수파장 범위의 각 파장별 K/ S값의 합계인 K/S(sum) 값을 Kubelka-Munk 식에 기초하여 아래와 같이 산출한 뒤, 그 합을 이용하였다.
성능/효과
- 1. 본 연구에서 감태 자숙액에서 추출한 분말 염료의 후코잔틴 함유량은 1.576 μg/mg으로 선행연구들의 다른 추출 방법에서보다 높은 함량을 보여서, 바이오 기능성 천연염료로의 가능성을 기대할 수 있었다.
- 100−700% owf의 모든 농도 범위에서 80oC, 50분의 조건이 다른 조건들보다 훨씬 높은 염착량을 보이는 것을 확인하였다.
- 면직물에 대한 감태 분말 염료의 염착량은 80oC에서 50분 동안 염색하였을 때 최대 염착량을 나타내었으며, 염액의 pH가 낮을수록 염착량이 증가함을 알 수 있었다. 1회 염색과 유사한 색채를 발현할 수 있는 반복염색 조건을 탐색한 결과, 100 %(owf) 농도 1회 염색직물의 색채와가장유사한결과를나타낸반복염색조건은 50 %(owf) 농도 / 3회 반복염색이었으며, 200 %(owf) 농도 1회 염색직물은 90 %(owf) 농도의 4회 염색시에 육안으로는 구별하기 어려운 가장 유사한 색채를 발현할 수 있었으므로, 천연염료 자원의 효율적인 사용을 위하여 활용할 수 있다고 사료되었다.
- 2. 면직물에 대한 감태 분말 염료의 염착량은 80oC에서 50분 동안 염색하였을 때 최대 염착량을 나타내었으며, 염액의 pH가 낮을수록 염착량이 증가함을 알 수 있었다. 1회 염색과 유사한 색채를 발현할 수 있는 반복염색 조건을 탐색한 결과, 100 %(owf) 농도 1회 염색직물의 색채와가장유사한결과를나타낸반복염색조건은 50 %(owf) 농도 / 3회 반복염색이었으며, 200 %(owf) 농도 1회 염색직물은 90 %(owf) 농도의 4회 염색시에 육안으로는 구별하기 어려운 가장 유사한 색채를 발현할 수 있었으므로, 천연염료 자원의 효율적인 사용을 위하여 활용할 수 있다고 사료되었다.
- 3. 감태 분말염료로 염색한 면직물의 색채 특성은 대부분의 농도에서 R(Red) 계열을 나타내어서 적색계열 천연염료라고 할 수 있으나, 500 %(owf) 이상의 고농도에서부터는 YR(Yellow Red) 계열의 색상으로 이동하는 것으로 나타났다. 또한 염액의 pH가 산성으로 갈수록 명도 L* 값은 감소하여 어두운 색채가 되었으며, 채도 C*값은 증가하여 선명한 색채를 발현하는 경향이었다.
- 30−70% 농도범위에서는 염색 조건별 차이가 뚜렷하지 않았으나, 80, 90, 100% 농도 범위에서는 80oC, 50분의 조건에서 염착량 K/S 값이 뚜렷하게 높아지기 시작하는 것을 알 수 있다.
- 4. 앞서 동일한 색채를 발현하였던 1회 염색 직물과 반복염색 직물의 견뢰도를 평가한 결과, 1회 염색시보다 반복염색에 의하여 전반적으로 염색 견뢰도가 향상하는 것으로 나타나서, 저농도 반복염색 기술은 동일한 색채를 발현하는 고농도 1회 염색 기술보다 더 향상된 견뢰도를 부여하고 있음을 알 수 있었다.
- 5. 염색 면직물의 항미생물성을 평가한 결과, 포도상구균의 경우 세탁 전과 10회 세탁 후 모두 99% 이상의 탁월한 항균성을 나타내었으며, 이는 동일 색채를 발현하는 반복염색 조건에서도 마찬가지여서, 세탁 또는 반복염색조건에서도 포도상구균에 대한 항균성이 우수하게 유지됨을 알 수 있었다. 또한 페렴구균의 경우 염료의 농도가 증가할수록 항균성이 향상되는 것을 확인하였다.
- 6. 감태 염액 50%(owf) 이상의 농도로 염색한 면직물은 자외선 차단성이 모두 90% 이상의 우수한 결과를 나타내었으며, 500%(owf)의농도이상에서부터는 UV protection factor 최고등급인 50+을 나타내어서 우수한 자외선차단성을 발휘하는 천연염색 소재로 판단되었다.
- 본 연구에서는 감태 100%, 150%, 200% 농도로 1회 염색하였을 때와 동일한 색채를 발현하는 저농도 반복염색 조건을 비교, 고찰하였다. Table 6은 30% 농도-반복염색 5회와 50% 농도-반복염색 3회, 70% 농도-반복염색 2회, 90% 농도-반복염색 2회, 100% 농도1회 염색한 색채 특성 결과로, 감태 분말염료 100% 1회 염색과 동일한 색채를 발현하는 가장 효율적인 방법은 70% 농도로 2회 반복 염색하는 조건이었다. Table 7은 150% 농도-1회 염색한 면직물과 50% 농도-4회, 70% 농도-4회, 50% 농도-5회로 염색한 면직물의 색채 특성을 비교한 결과, 150% 농도-1회 염색과 70%-농도4회가 가장 유사한 색채 특성을 가진 것으로 나타내었다.
- Table 9에서 알 수 있듯이, 염색 면직물들은 마찰견뢰도는 모든 색채의 면직물이 4−5 등급의 우수한 판정을 받았으며, 드라이클리닝에 대한 견뢰도가 변퇴색과 용제 오염에 대하여 모두 4−5등급으로 매우 우수한 것으로 나타났다.
- C, 50분 조건하에 가장 높은 염착량을 가진 염액 농도 90%로 염색한 면직물을 대상으로 염액의 pH에 따른 염착성을 고찰하였고, 그 결과는 Figure 4에 제시하였다. pH를 조절하지 않은 감태 분말 염액의 pH는 약 7.03으로 염액의 pH가 중성과 염기성일 때에는 염착량 값의 차이가 미비하였으나, 염액의 pH가 낮을수록, 즉 강한 산성을 띨수록 염착량이 증가함을 알 수 있었다. 일반적으로 대부분의 천연염료는 섬유 소계 직물에는 염착이 잘 되지 않는데[26], 감태 분말 염료로 염색된 면직물의 K/S 값이 높게 나타난 것으로 볼 때 면직물이 감태 분말 염료에 대해서는 우수한 염색성을 가지고 있음을 확인하였다.
- pH에 따른 견뢰도: 적정 pH를 4로 조정하고, 감태 분말 염료로 농도 90%로 염색한 면직물의 견뢰도를 평가한 결과, 마찰과 드라이클리닝 견뢰도는 4−5, 땀 견뢰도는 4 이상으로 우수하였으나, 일광견뢰도는 1−2 등급을 받아 단일염색과 반복염색 보다는 낮은 견뢰도를 나타내었다.
- pH에 따른 항미생물성: 적정 pH를 4로 조정하고, 감태 분말 염료로 농도 90%로 단일 염색한 면직물을 대상으로 세탁 전 항미생물성을 평가한 결과, 포도상구균과 폐렴구균에 대한 균 감소율은 모두 99.9%로 나타나 우수한 항균성을 가지고 있음을 알 수 있었다.
- 그리고 CIE 색상값의 Redness와 Yellowness를 표현하는 a*와 b*값 또한 증가하는 것으로 나타났다. 감태 분말 염료는 염액 농도가 증가할수록 면직물에 대해서 a*보다는 b*가 상대적으로 더 많이 증가하여, 고농도 염액으로 염색하였을 때에는 YR의 색상으로 변화함을 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 감태 염액 농도 50%, 100%, 300%, 500%, 700%의 염색 면직물과 농도 50%의 반복염색 3회, 농도 90%의 반복염색 4회, pH를 4로 조정한 염색 면직물의 자외선 차단성을 평가하였으며, 그 결과는 Table 11에 제시하였다. 구체적으로 살펴보면 시험 백포의 UPF 지수는 8.4로 단일염색과 반복 염색 모든 시료에서 20이상으로 나타나 2배 이상 향상되었으며, 또한 저농도에서 부터 우수한 자외선 차단율을 가지고 있음을 알 수 있었다. 단일 염색의 경우 염액 농도 50%와 100%로 염색하였을 때 UPF 등급은 각각 25, 30으로 very good protection을, 300%, 500%, 700% 염액의 농도로 염색하였을 때의 UPF 등급은 45 이상으로 excellent protection을 나타내었다.
- 본 연구에서 제주 해안에서 채취한 감태를 분말화하여 면직물에 대한 염색성과 색채특성, 견뢰도를 고찰하여 염색 면직물에 발현된 색채특성별로 적합한 염색조건과 함께, 항미생물성 및 자외선차단성의 활용 가능성을 밝히고자 하였다. 그 결과로서 해양생물자원을 활용한 천연 염색에 관한 연구의 일환으로서, 종래의 알콜 추출이나 열수 추출을 이용한 추출방법이 아닌 감태 식품 가공을 위한 자숙 공정에 의하여 fucoxantin의 함유량이 매우 높은 감태 염료를 제조할 수 있었다. 이는 폐자원을 효과적으로 활용함으로써 염료 및 염색에 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있는 방안이 될 것으로 사료된다.
- 또한 페렴구균의 경우 염료의 농도가 증가할수록 항균성이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 폐렴균은 포도상구균에 비해 균감소율은 적었으며, 단일염색시보다 반복 염색시 균감소율이 저조한 것으로 나타났다.
- 또한 염액 농도가 증가함에 따라 명도에 해당하는 CIE L*과 Munsell V는 감소하여 점차 어두워지는 경향을 보였으며, 채도를 의미하는 CIE C*와 Munsell C는 증가하는 경향을 나타내었다. 그리고 CIE 색상값의 Redness와 Yellowness를 표현하는 a*와 b*값 또한 증가하는 것으로 나타났다. 감태 분말 염료는 염액 농도가 증가할수록 면직물에 대해서 a*보다는 b*가 상대적으로 더 많이 증가하여, 고농도 염액으로 염색하였을 때에는 YR의 색상으로 변화함을 확인할 수 있었다.
- 이는 색채 특성을 비교한 결과에서도 알 수 있듯이, 단일 염색 보다 반복 염색을 한 경우 명도를 나타내는 L*값은 감소하고, 채도를 나타내는 C* 값이 증가하여 직물의 색채가 어두워졌음으로 자외선차단성이 낮아지는 결과를 예상할 수 있으며 직물에 우수한 자외선차단성을 부여하기 위해서는 반복 염색보다 단일 염색시 더 향상된 자외선차단성을 부여할 수 있음을 시사한다. 그리고 감태 분말 염료로 염색한 면직물 모두 자외선 A와 B를 각각 93%, 97% 이상 차단하는 것으로 나타나 우수한 자외선차단성을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 감태 염색 섬유소재의 세탁견뢰도가 우수함으로 자외선차단성능 또한 세탁 후에도 유지가 될 것으로 예측된다. 한편 pH를 4로 조절한 직물은 염액 농도 100%로 염색한 직물보다 우수한 자외선 차단성을 가지고 있었다.
- 그러나 폐렴구균에 대한 균 감소율은 대체적으로 낮게 나타났다. 단일염색과 반복 염색 모두 세탁 후의 균 감소율은 세탁 전보다 많이 감소하였으며, 특히 반복 염색하였을 때의 균 감소율은 단일 염색일 때보다 현저히 낮게 나타났다. 이는 fucoxanthin 성분을 포함한 색소의 일부가 반복 염색으로 인하여 섬유 표면보다는 내부로 이동하면서 섬유 표면에서 폐렴구균과의 접촉에 의한 항균 작용이 고농도 1회 염색시보다 우수하게 발휘하지 못하였을 것으로 추측된다.
- 또한 90% 농도로 반복염색 3−5회의 염착량은 200%의 농도로 1회 염색한 염착량값과 비슷하였으며, 70%와 90% 농도에 대하여 반복 염색 5회의 염착량과 300% 농도로 1회 염색한 염착량도 큰 차이를 보이지 않았다.
- 산성으로 갈수록 명도 L* 값은 낮아져서 어두운 색채가 되었으며, 채도 C*값은 높아져서 선명한 색채가 되는 경향이었다. 또한 CIE 색상값의 Redness와 Yellowness를 표현하는 a*와 b*값은 pH가 낮아질수록 b* 값이 급격히 증가하였는데 이는 채도가 높아지는 데에 기여를 하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 염기성일 때에는 색상 H가 Red에 대부분 속하는 반면에, 산성이 강해질수록 노랑기미 b* 값이 높아지면서 YR 색상으로 이동하는 것으로 해석된다.
- 100−700% owf의 모든 농도 범위에서 80oC, 50분의 조건이 다른 조건들보다 훨씬 높은 염착량을 보이는 것을 확인하였다. 또한 다른 염색조건들에서는 농도 증가에 따른 염착량의 증가가 미비하였으나, 80oC, 50분의 조건에서는 700%의 농도 조건까지 염착량이 꾸준히 증가하는 양상을 보였다. 이상의 결과를 종합하였을 때, 80oC에서 50분 동안 염색하였을 때 염착량이 가장 효과적으로 증가하여 염색이 더 진하게 이루어질 수 있는 염색 온도와 시간의 조건임을 알 수 있다.
- Table 9에서 알 수 있듯이, 염색 면직물들은 마찰견뢰도는 모든 색채의 면직물이 4−5 등급의 우수한 판정을 받았으며, 드라이클리닝에 대한 견뢰도가 변퇴색과 용제 오염에 대하여 모두 4−5등급으로 매우 우수한 것으로 나타났다. 또한 손세탁 견뢰도도 변퇴색과 타섬유로의 이염에 대하여 대부분 4-5등급의 우수한 결과를 얻었는데, 1회 염색시보다 반복 염색시에 약간의 견뢰도 향상을 얻을 수 있었다. 한편, 마찰견뢰도에서는 감태 50% 3회 반복 염색은 감태 100% 1회 염색 직물보다 알칼리성 땀에 노출되었을 때 acetate와 cotton 섬유로의 이염에 대한 견뢰도가 향상되어서 4−5등급의 우수 등급을 받았으며, 감태 90% 4회 반복 염색은 200% 1회 염색 조건에서 보다, 산성 땀에 대한 cotton, nylon 오염과 알칼리성 땀에 대한 다양한 섬유소재로의 오염에 대한 견뢰도 항목에서 우수등급으로 향상되었다.
- 1%로 나타났으나 균 감소율이 저조하였다. 또한 염액 90%의 4회 반복과 염액 200%의 직물은 비교한 결과, 각각 세탁 전은 69.9%, 99.9%였으며, 세탁 후는 31.5%, 75.4%로 나타났다. 폐렴균은 세탁 전, 후의 균 감소율의 차이가 나타났으며, 단일염색 보다 반복 염색 시 균 감소율은 저조한 것으로 나타났다.
- 선행연구[21]에서 감태 자숙액 분말로 염색한 면직물이 10% 이하의 저농도에서는 색상은 Purple Blue, 그 이상의 농도에서는 Purple과 Red Purple, Red의 다양한 색상을 띤 결과와 본 연구에서 발현된 색상은 유사한 경향을 보였다. 또한 염액 농도가 증가함에 따라 명도에 해당하는 CIE L*과 Munsell V는 감소하여 점차 어두워지는 경향을 보였으며, 채도를 의미하는 CIE C*와 Munsell C는 증가하는 경향을 나타내었다. 그리고 CIE 색상값의 Redness와 Yellowness를 표현하는 a*와 b*값 또한 증가하는 것으로 나타났다.
- 감태 분말염료로 염색한 면직물의 색채 특성은 대부분의 농도에서 R(Red) 계열을 나타내어서 적색계열 천연염료라고 할 수 있으나, 500 %(owf) 이상의 고농도에서부터는 YR(Yellow Red) 계열의 색상으로 이동하는 것으로 나타났다. 또한 염액의 pH가 산성으로 갈수록 명도 L* 값은 감소하여 어두운 색채가 되었으며, 채도 C*값은 증가하여 선명한 색채를 발현하는 경향이었다.
- 염색 면직물의 항미생물성을 평가한 결과, 포도상구균의 경우 세탁 전과 10회 세탁 후 모두 99% 이상의 탁월한 항균성을 나타내었으며, 이는 동일 색채를 발현하는 반복염색 조건에서도 마찬가지여서, 세탁 또는 반복염색조건에서도 포도상구균에 대한 항균성이 우수하게 유지됨을 알 수 있었다. 또한 페렴구균의 경우 염료의 농도가 증가할수록 항균성이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 폐렴균은 포도상구균에 비해 균감소율은 적었으며, 단일염색시보다 반복 염색시 균감소율이 저조한 것으로 나타났다.
- 염액 농도 30%, 50%, 70%, 90%에서 모두 반복염색 횟수 증가에 따라 염착량도 증가하였음을 알 수 있다. 또한, 저농도 내에서 염착량을 비교한 결과, 30% 농도로 반복 염색 2회에서 염착량이 6.56으로 50% 농도로 1회 염색시 염착량 6.87과 근사한 값이었고, 30% 농도로 반복 염색 4회의 염착량 9.91과 50% 농도로 반복 염색 2회의 염착량 9.14로 미비한 차이를 보였다. 한편, 저농도와 고농도의 염착량을 비교한 결과, 30% 농도-반복 염색 5회와 50% 농도-반복 염색 3회, 70% 농도-반복 염색 2회, 90% 농도-반복염색 2회, 100% 농도-1회 염색의 염착량 값의 차이는 미비하였고, 50% 농도-반복 염색 4회, 50% 농도-반복 염색 5회, 70%-반복 염색 4회의 염착량은 염액 농도 150%로 1회 염색한 직물과 차이가 크지 않았다.
- C, 염색 시간 50분으로 설정하여 염액 농도 30−700%, owf에 따라 살펴보았는데 그 결과는 Table 3과 같다. 모든 염색 조건에서 염색 면직물은 R(Red) 계열 및 YR(Yellow Red)의 색상임을 알 수 있었으며, 염액의 농도가 증가할수록 R에서 YR로 색상의 이동이 나타났다. 선행연구[21]에서 감태 자숙액 분말로 염색한 면직물이 10% 이하의 저농도에서는 색상은 Purple Blue, 그 이상의 농도에서는 Purple과 Red Purple, Red의 다양한 색상을 띤 결과와 본 연구에서 발현된 색상은 유사한 경향을 보였다.
- 염색섬유소재의 포도상구균에 대한 균 감소율은 세탁 전과 10회 세탁 후 모두 99% 이상의 탁월한 항균성을 나타내어서, 세탁 후에도 포도상구균에 대한 항균성이 우수하게 유지된다고 할 수 있다. 반면에 폐렴구균에 대해서 염액 50%의 3회 반복과 염액 100%의 직물을 비교한 결과 각각 세탁 전은 27.2%, 99.9%, 10회 세탁 후는 12.4%, 24.1%로 나타났으나 균 감소율이 저조하였다. 또한 염액 90%의 4회 반복과 염액 200%의 직물은 비교한 결과, 각각 세탁 전은 69.
- Table 10은 포도상구균과 폐렴구균에 대한 균 감소율을 나타낸 것으로 감태 자숙액 분말염료로 염색한 면 섬유소재에 대한 50% 3회 염색 직물의 세탁 전 및 10회 세탁 후 항균성과 100% 1회 염색 직물의 세탁 전 및 10회 세탁 후 항균성, 90% 4회 염색 직물의 세탁 전 및 10회 세탁 후 항균성, 200% 1회 염색 직물의 세탁 전 및 10회 세탁 후 항균성 결과이다. 염색섬유소재의 포도상구균에 대한 균 감소율은 세탁 전과 10회 세탁 후 모두 99% 이상의 탁월한 항균성을 나타내어서, 세탁 후에도 포도상구균에 대한 항균성이 우수하게 유지된다고 할 수 있다. 반면에 폐렴구균에 대해서 염액 50%의 3회 반복과 염액 100%의 직물을 비교한 결과 각각 세탁 전은 27.
- 반복염색의 결과는 Table 5와 Figure 5에 각각 제시하였다. 염액 농도 30%, 50%, 70%, 90%에서 모두 반복염색 횟수 증가에 따라 염착량도 증가하였음을 알 수 있다. 또한, 저농도 내에서 염착량을 비교한 결과, 30% 농도로 반복 염색 2회에서 염착량이 6.
- 한편, 마찰견뢰도에서는 감태 50% 3회 반복 염색은 감태 100% 1회 염색 직물보다 알칼리성 땀에 노출되었을 때 acetate와 cotton 섬유로의 이염에 대한 견뢰도가 향상되어서 4−5등급의 우수 등급을 받았으며, 감태 90% 4회 반복 염색은 200% 1회 염색 조건에서 보다, 산성 땀에 대한 cotton, nylon 오염과 알칼리성 땀에 대한 다양한 섬유소재로의 오염에 대한 견뢰도 항목에서 우수등급으로 향상되었다. 이는 1회 염색과 동일한 색채를 발현하는 저농도 반복염색은 1회 염색 시보다 염색직물의 염색 견뢰도를 향상시켜서 색채의 유지가 더 향상되는 것으로 볼 수 있으며, 따라서 80도, 50분 조건에서 이들 저농도 반복 염색기술은 동일한 색채를 발현하는 고농도 1회 염색 기술보다 더 향상된 견뢰도를 부여할 수 있음을 의미한다. 이는 염료가 반복 염색에 의해 섬유의 반응기에 골고루 결합이 되고, 섬유 내부로 염료가 깊숙이 침투하기 때문에 습윤 상태에서는 타 직물과의 접촉이나 일광 노출 등의 외적 스트레스에도 염료가 탈락되는 정도가 덜한 것으로 판단된다[34].
- 특히 동일 색채를 발현하는 고농도 1회 염색 농도 100%와 저농도 3회 염색한 염색 농도 50%의 UPF 지수, 등급, 자외선차단율을 비교하였을 때, 단일 염색하였을 때 보다 반복 염색시 더 낮았다. 이는 색채 특성을 비교한 결과에서도 알 수 있듯이, 단일 염색 보다 반복 염색을 한 경우 명도를 나타내는 L*값은 감소하고, 채도를 나타내는 C* 값이 증가하여 직물의 색채가 어두워졌음으로 자외선차단성이 낮아지는 결과를 예상할 수 있으며 직물에 우수한 자외선차단성을 부여하기 위해서는 반복 염색보다 단일 염색시 더 향상된 자외선차단성을 부여할 수 있음을 시사한다. 그리고 감태 분말 염료로 염색한 면직물 모두 자외선 A와 B를 각각 93%, 97% 이상 차단하는 것으로 나타나 우수한 자외선차단성을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 감태 염색 섬유소재의 세탁견뢰도가 우수함으로 자외선차단성능 또한 세탁 후에도 유지가 될 것으로 예측된다.
- 이상의 결과 감태 분말 염료로 염색된 직물들의 자외선 차단율이 증가한 것을 볼 수 있었는데 이는 감태 성분의 영향을 받은 것으로 판단되며, 반복 염색보다 단일 염색시 자외선 차단 지수 및 등급이 향상되었고, UV-A와 UV-B에서도 같은 결과를 나타내었다.
- 이상의 결과를 바탕으로 고농도와 저농도 염색 간의 ΔE 값을 비교하였을 때, 100% 1회 염색과 70%로 2회 염색한 직물 간의 ΔE 값은 0.89, 150% 1회 염색과 70%로 4회 염색한 직물 간의 ΔE 값은 1.37, 200% 1회 염색과 90%로 4회 염색한 직물 간의 ΔE 값은 1.35로 그 차이가 가장 적었다.
- 이상의 결과를 종합하면 1회 염색한 직물보다 동일 색채를 발현한 반복 염색한 직물의 견뢰도가 우수하여 감태 자숙액 분말염료를 반복함으로써, 견뢰도가 향상된 직물 소재를 얻을 수 있다고 사료된다. 그러나 일광 견뢰도에 대한 개선 방안은 향후 모색되어야 할 것이다.
- 이상의 결과를 종합하면, 색상의 발현과 관계없이 빠른 시간 내 1회 염색을 위해서는 각각 100%, 150%, 200%에서, 반복 염색 횟수에 따른 염착량 증진을 위해서는 염액 50%−3회, 염액 70%−4회, 염액 90%−4회로 반복 염색하는 것이 경제적이라고 생각한다.
- 폐렴균은 세탁 전, 후의 균 감소율의 차이가 나타났으며, 단일염색 보다 반복 염색 시 균 감소율은 저조한 것으로 나타났다. 이상의 결과를 종합하면, 포도상구균은 세탁 전, 후의균 감소율은 거의 차이가 없었으며, 우수한 항균성을 가지고 있음을 알 수 있었다. 그러나 폐렴구균에 대한 균 감소율은 대체적으로 낮게 나타났다.
- 또한 다른 염색조건들에서는 농도 증가에 따른 염착량의 증가가 미비하였으나, 80oC, 50분의 조건에서는 700%의 농도 조건까지 염착량이 꾸준히 증가하는 양상을 보였다. 이상의 결과를 종합하였을 때, 80oC에서 50분 동안 염색하였을 때 염착량이 가장 효과적으로 증가하여 염색이 더 진하게 이루어질 수 있는 염색 온도와 시간의 조건임을 알 수 있다. 따라서 반복 염색횟수, pH 조건에 따른 염착량, 견뢰도 평가 및 기능성 평가를 위한 염색 조건은 위와 같은 방법으로 염색 온도 80oC, 염색 시간 50분으로 설정하여 이후 실험을 진행하였다.
- 또한 반복 염색의 경우, 50% 염액 농도로 3회 염색시 UPF 등급은 20으로 good protection을, 90% 염액 농도로 4회 염색시 UPF 등급은 30으로 very good protection을 나타내었다. 특히 동일 색채를 발현하는 고농도 1회 염색 농도 100%와 저농도 3회 염색한 염색 농도 50%의 UPF 지수, 등급, 자외선차단율을 비교하였을 때, 단일 염색하였을 때 보다 반복 염색시 더 낮았다. 이는 색채 특성을 비교한 결과에서도 알 수 있듯이, 단일 염색 보다 반복 염색을 한 경우 명도를 나타내는 L*값은 감소하고, 채도를 나타내는 C* 값이 증가하여 직물의 색채가 어두워졌음으로 자외선차단성이 낮아지는 결과를 예상할 수 있으며 직물에 우수한 자외선차단성을 부여하기 위해서는 반복 염색보다 단일 염색시 더 향상된 자외선차단성을 부여할 수 있음을 시사한다.
- 4%로 나타났다. 폐렴균은 세탁 전, 후의 균 감소율의 차이가 나타났으며, 단일염색 보다 반복 염색 시 균 감소율은 저조한 것으로 나타났다. 이상의 결과를 종합하면, 포도상구균은 세탁 전, 후의균 감소율은 거의 차이가 없었으며, 우수한 항균성을 가지고 있음을 알 수 있었다.
- 그리고 감태 분말 염료로 염색한 면직물 모두 자외선 A와 B를 각각 93%, 97% 이상 차단하는 것으로 나타나 우수한 자외선차단성을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 감태 염색 섬유소재의 세탁견뢰도가 우수함으로 자외선차단성능 또한 세탁 후에도 유지가 될 것으로 예측된다. 한편 pH를 4로 조절한 직물은 염액 농도 100%로 염색한 직물보다 우수한 자외선 차단성을 가지고 있었다.
- 한편, 감태 분말염료 200% 1회 염색과 90% 농도로 반복염색 3−5회 염색한 직물의 색채 특성의 결과는 Table 8에 제시하였으며, 감태 분말염료 200% 1회 염색과 동일한 색채를 발현하는 조건으로 90% 농도로 4회 반복 염색하는 것이 가장 적합한 것으로 판단되었다.
- 한편, 마찰견뢰도에서는 감태 50% 3회 반복 염색은 감태 100% 1회 염색 직물보다 알칼리성 땀에 노출되었을 때 acetate와 cotton 섬유로의 이염에 대한 견뢰도가 향상되어서 4−5등급의 우수 등급을 받았으며, 감태 90% 4회 반복 염색은 200% 1회 염색 조건에서 보다, 산성 땀에 대한 cotton, nylon 오염과 알칼리성 땀에 대한 다양한 섬유소재로의 오염에 대한 견뢰도 항목에서 우수등급으로 향상되었다.
- 이는 염료가 반복 염색에 의해 섬유의 반응기에 골고루 결합이 되고, 섬유 내부로 염료가 깊숙이 침투하기 때문에 습윤 상태에서는 타 직물과의 접촉이나 일광 노출 등의 외적 스트레스에도 염료가 탈락되는 정도가 덜한 것으로 판단된다[34]. 한편, 일광견뢰도는 모든 직물에서 2등급의 저조한 판정을받아서, 일광에 대한 퇴색 정도가 상당함을 알 수 있었다.
- 14로 미비한 차이를 보였다. 한편, 저농도와 고농도의 염착량을 비교한 결과, 30% 농도-반복 염색 5회와 50% 농도-반복 염색 3회, 70% 농도-반복 염색 2회, 90% 농도-반복염색 2회, 100% 농도-1회 염색의 염착량 값의 차이는 미비하였고, 50% 농도-반복 염색 4회, 50% 농도-반복 염색 5회, 70%-반복 염색 4회의 염착량은 염액 농도 150%로 1회 염색한 직물과 차이가 크지 않았다. 또한 90% 농도로 반복염색 3−5회의 염착량은 200%의 농도로 1회 염색한 염착량값과 비슷하였으며, 70%와 90% 농도에 대하여 반복 염색 5회의 염착량과 300% 농도로 1회 염색한 염착량도 큰 차이를 보이지 않았다.
후속연구
- 이상의 결과를 종합하면 1회 염색한 직물보다 동일 색채를 발현한 반복 염색한 직물의 견뢰도가 우수하여 감태 자숙액 분말염료를 반복함으로써, 견뢰도가 향상된 직물 소재를 얻을 수 있다고 사료된다. 그러나 일광 견뢰도에 대한 개선 방안은 향후 모색되어야 할 것이다.
- 이는 fucoxanthin 성분을 포함한 색소의 일부가 반복 염색으로 인하여 섬유 표면보다는 내부로 이동하면서 섬유 표면에서 폐렴구균과의 접촉에 의한 항균 작용이 고농도 1회 염색시보다 우수하게 발휘하지 못하였을 것으로 추측된다. 따라서 천연염료의 반복 염색이동일한 염착량의 1회 염색에 비해 항균성이 다소 낮은 결과를 개선하기 위해서는 후속 연구가 필요한 것이다.
- 이는 폐자원을 효과적으로 활용함으로써 염료 및 염색에 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있는 방안이 될 것으로 사료된다. 또한 염색, 공예, 수산업, 의학 분야가 융합된 복합적인 영역에서 해조류를 이용한 천연염색 산업의 활성화 및 고부가가치화를 위한 6차 산업화의 기초에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
- 이 수치는 선행연구[25]에서 일반적인 감태 추출물의 Fucoxanthin의 함량인 45.8 μg/g(100 mg당 0.458 mg)보다 약 3.4배 더 많은 것으로 확인됨에 따라 감태가 천연염색을 위한 새로운 천연염료로서의 유효성을 보여주며, Fucoxanthin이 색채 발현에 직접적으로 관여할 것으로 기대된다.
- 또한 면직물에 적용하기 위해 염색온도와 시간, 염액의 농도, pH 등의 염색조건의 염착성에 미치는 효과를 조사하였으며, 반복염색횟수에 따른 색상의 변화와 견뢰도에 미치는 영향을 조사하여 실용 가능성을 확인하였으며, 항균성 및 자외선차단성 실험을 통해 감태 자숙액 분말염료로 염색한 면직물이 피부건강과 관련된 바이오 기능성을 제공할 수 있는지를 고찰하였다. 이는 기존식물과 광물에서만 추출한 것에서 벗어나 새로운 천연염료를 해양 자원의 부가가치를 높일 뿐만 아니라 새로운 색소 성분의 발굴과 함께 색상의 다양화 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, 천연염색 산업에 기초자료를 제공하여 환경친화적인 기능성 천연염재개발에 도움을 줄 수 있을 것이다.
- 그 결과로서 해양생물자원을 활용한 천연 염색에 관한 연구의 일환으로서, 종래의 알콜 추출이나 열수 추출을 이용한 추출방법이 아닌 감태 식품 가공을 위한 자숙 공정에 의하여 fucoxantin의 함유량이 매우 높은 감태 염료를 제조할 수 있었다. 이는 폐자원을 효과적으로 활용함으로써 염료 및 염색에 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있는 방안이 될 것으로 사료된다. 또한 염색, 공예, 수산업, 의학 분야가 융합된 복합적인 영역에서 해조류를 이용한 천연염색 산업의 활성화 및 고부가가치화를 위한 6차 산업화의 기초에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
- 2000년대에 들어서며 감태를 대상으로 많은 연구 및 시도들이 이루어지고 있으며, 최근에는 감태가 항산화[19], 항염증[20] 등에 효과가 있다고 보고됨에 따라 식·의약품 및 화장품 등의 원료로 각광 받으면서 바이오 기능성 소재로서의 가능성을 보여주고 있다. 이에 해조류 추출물의 생리활성 물질을 활용한 염색기술로 아토피, 피부질환 등에 효과적인 섬유 제품화가 가능할 것으로 전망된다. 그러나 현재까지 감태를 이용한 염색성 연구는 제주 천연자원의 염색을 활용한 패션 색채기획을 위하여 감태의 단일염색과 복합염색을 병행하여 다양한 색채를 면직물에 구현한 사례[21] 외에는 거의 없다.
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