This study measured dyeing properties under different dyeing conditions and levels of antimicrobial activity when man-made fibers are dyed with gallnut, including rayon, tencel, tencel blended fabric, soybean fiber, and nylon non-mordanted. The dye up-take (K/S), color ($L^*a^*b^*$), and ...
This study measured dyeing properties under different dyeing conditions and levels of antimicrobial activity when man-made fibers are dyed with gallnut, including rayon, tencel, tencel blended fabric, soybean fiber, and nylon non-mordanted. The dye up-take (K/S), color ($L^*a^*b^*$), and color differences (${\Delta}E$) were measured with a colorimeter, and the number of bacteria present in the dyed fabrics were determined using Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumonia as strains. The results are as follows: First, the optimal dyeing conditions for man-made fibers dyed with gallnut are 60 minutes of dyeing time and a $80^{\circ}C$ dyeing temperature. Second, gallnut dye is most effective on soybean fiber and then, in descending order of effectiveness, on nylon, rayon, tencel, and tencel blended fabric. This means that dyeing properties of nitrogen containing fibers are excellent when using gallnut. Third, all man-made fibers are dyed brown with gallnut. This implies dyeing possibility of man-made fibers about gallnut dye, so development and supply of natural dyed goods of man-made fibers can be increased. Fourth, in all man-made fibers dyed with gallnut extract, both Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumonia show 99.9% reduction ratios of fungistasis, which indicate antimicrobial activity. Therefore, safe, functional, man-made materials can be developed to relieve symptoms from and treat patients with skin ailments.
This study measured dyeing properties under different dyeing conditions and levels of antimicrobial activity when man-made fibers are dyed with gallnut, including rayon, tencel, tencel blended fabric, soybean fiber, and nylon non-mordanted. The dye up-take (K/S), color ($L^*a^*b^*$), and color differences (${\Delta}E$) were measured with a colorimeter, and the number of bacteria present in the dyed fabrics were determined using Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumonia as strains. The results are as follows: First, the optimal dyeing conditions for man-made fibers dyed with gallnut are 60 minutes of dyeing time and a $80^{\circ}C$ dyeing temperature. Second, gallnut dye is most effective on soybean fiber and then, in descending order of effectiveness, on nylon, rayon, tencel, and tencel blended fabric. This means that dyeing properties of nitrogen containing fibers are excellent when using gallnut. Third, all man-made fibers are dyed brown with gallnut. This implies dyeing possibility of man-made fibers about gallnut dye, so development and supply of natural dyed goods of man-made fibers can be increased. Fourth, in all man-made fibers dyed with gallnut extract, both Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumonia show 99.9% reduction ratios of fungistasis, which indicate antimicrobial activity. Therefore, safe, functional, man-made materials can be developed to relieve symptoms from and treat patients with skin ailments.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 선행연구를 통하여 천연염료 중에서 매염제를 쓰지 않고도 염색물이 항균성을 보이며, 세탁견뢰도가 우수한 오배자를 선택하여 실험의 재료로 선택하여 질소성분이 함유된 인조섬유에 대한 염색성과 항균성을 알아보고자 하였다. 친환경 천연염료 재료의 이용에 의한 무매염 염색 시 발생되는 환경오염을 감소시키고자 하며, 오배자의 인조섬유 종류별 최적 염색조건을 분석하고, 오배자의 염색 특성과 항균성을 측정하여, 오배자로 천연염색된 인조섬유를 실생활에 사용가능 여부를 평가하고, 활성화하는데 도움을 주고자 한다.
따라서 본 연구에서는 선행연구를 통하여 천연염료 중에서 매염제를 쓰지 않고도 염색물이 항균성을 보이며, 세탁견뢰도가 우수한 오배자를 선택하여 실험의 재료로 선택하여 질소성분이 함유된 인조섬유에 대한 염색성과 항균성을 알아보고자 하였다. 친환경 천연염료 재료의 이용에 의한 무매염 염색 시 발생되는 환경오염을 감소시키고자 하며, 오배자의 인조섬유 종류별 최적 염색조건을 분석하고, 오배자의 염색 특성과 항균성을 측정하여, 오배자로 천연염색된 인조섬유를 실생활에 사용가능 여부를 평가하고, 활성화하는데 도움을 주고자 한다.따라서 본 연구에서는 선행연구를 통하여 천연염료 중에서 매염제를 쓰지 않고도 염색물이 항균성을 보이며, 세탁견뢰도가 우수한 오배자를 선택하여 실험의 재료로 선택하여 질소성분이 함유된 인조섬유에 대한 염색성과 항균성을 알아보고자 하였다.
환경과 인체에 유해요소를 없애고자 본 연구에서는 천연 염재인 오배자의 무매염 염색법을 통해서 각종 인조섬유에 대한 염색 특성을 알아보기 위해, 염색조건(염색시간, 염색온도)에 따른 염색성 및 항균성을 측정하였으며, 그 결과의 고찰을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
대두섬유는 실 상태로 구매하였으므로, 염색을 쉽게 하기 위하여 횡편직기를 이용하여 14게이지로 편직하여 사용하였으며, 염색을 진행하기 전에 먼저 정련표백을 하여 실시하였다. 염색 중에는 자연환경 보존과 인체피해를 고려하여 중금속으로 이루어진 매염제는 사용하지 않았다.
4]는 오배자 염색의 최대 염착량을 나타낸 염색온도 100℃와 염색시간 90분에 처리한 염직물의 L*a*b* 값을 측정하여 표면색을 나타낸 것이다. 또한 X-rite사의 color I-control 소프트웨어를 이용하여 측정결과의 수치(L*a*b* 값)를 염색직물의 이미지 색으로 재현하였다. 그 결과, 오배자로 무매염 염색된 모든 인조섬유에서 갈색 색상을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
염료의 추출을 위해, 오배자 100g에 증류수 1L를 사용하여 95℃ 이상에서 1시간 동안 일정한 온도와 시간에서 추출하였다. 이때 염액의 전체량은 증발 등을 고려하여 끊이는 중간에 물을 보충하여 최종 액비가 50:1이 되도록 유지하였다.
염색된 시료의 염착량을 측정하기 위해 Color-Eye(Mcbeth 3000)을 사용하였으며, 겉보기 염착량은 최대 흡수파장에서 표면 반사율을 측정하여 K/S값을 산출하고, 피염물의 염착량(표면염색농도)으로 평가하였다.
오배자 추출물로 염색한 직물의 항균성을 알아보기 위해 KS K 0693(Korean Agency for Tech- nology and Standards, 2011)법에 의거하여 항균성을 시험하였다. 이때 사용한 균주는 공시균인 황색포도상구균(Staphylococcu saureus)과 폐렴균(Klebsiella pneu- moniae) 두 균주에 의해 실험을 실시하였고 실험에 의해 정균 감소율(%)은 항균처리가 되지 않은 대조편의 시료에 18시간이 지난 후의 생균수와 처리 시험편의 18시간 후의 생균수의 상대적 감소율은 다음의 식과 같은 측정법으로 구하였다. 접종균의 농도는 황색포도상구균의 경우 1.
직물을 오배자 추출물 50.0% o.w.f를 사용하여 욕비 50 : 1 조건으로 시간별 온도별에 따라 염색한 후 수세하였다. 오배자 추출물로 염색한 직물의 항균성을 알아보기 위해 KS K 0693(Korean Agency for Tech- nology and Standards, 2011)법에 의거하여 항균성을 시험하였다.
추출한 염액을 욕비 50:1로 하여, 염색온도별로 40℃, 60℃, 80℃, 100℃에서, 또한 염색시간별로 30, 45, 60, 90분간 5종류의 인조섬유 시료를 각각 염색하였다. 이때 염액의 전체량은 증발 등을 고려하여 끓이는 중간에 물을 보충하여 최종 액비가 50:1이 되도록 유지하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 시료 직물의 원료인 인조섬유(합성섬유와 재생섬유)는 총 5종류로서, 의류시험검사소에서 구입한 시험용표준백포 100% Nylon, 100% Rayon 섬유와, 신진텍스에서 제공한 100% Tencel과 60/40% Tencel/Modal 혼방을 이용하였으며, 미두에서 제공한 100% 대두섬유를 사용하였다.
염재는 인터넷상에서 구입한 중국산 건조 오배자를 수세하여 사용하였다.
이론/모형
염색된 시료의 색을 측정하기 위하여 Color-Eye(Macbeth 3000) 이용하여 L＊, a＊, b＊ 값과 색차(⊿E)를 측정하였다.
f를 사용하여 욕비 50 : 1 조건으로 시간별 온도별에 따라 염색한 후 수세하였다. 오배자 추출물로 염색한 직물의 항균성을 알아보기 위해 KS K 0693(Korean Agency for Tech- nology and Standards, 2011)법에 의거하여 항균성을 시험하였다. 이때 사용한 균주는 공시균인 황색포도상구균(Staphylococcu saureus)과 폐렴균(Klebsiella pneu- moniae) 두 균주에 의해 실험을 실시하였고 실험에 의해 정균 감소율(%)은 항균처리가 되지 않은 대조편의 시료에 18시간이 지난 후의 생균수와 처리 시험편의 18시간 후의 생균수의 상대적 감소율은 다음의 식과 같은 측정법으로 구하였다.
성능/효과
1. 오배자의 인조섬유 종류별 최대 염착량 염색조건은 염색시간이 90분이고, 염색온도는 100℃이나, 경제적인 측면과 섬유손상 등을 고려할 때 적정 염색조건은 염색시간은 60분이고, 염색온도는 80℃로 사료된다.
2. 오배자 염료의 경우, 재생단백질섬유인 대두섬유에 대한 염색성이 제일 우수하였고, 다음으로는 나일론섬유, 레이온, 텐셀, 텐셀혼방 섬유 순으로 나타났다. 이는 섬유 중에 질소성분(-CONH-, -NH2) 함유 섬유에 염색성이 우수하다는 것으로 판명되었다.
3. 오배자의 인조섬유 염색 색상은 매염제를 사용하지 않아서 모두 갈색으로 나타났으며, 오배자 염료에 대한 인조섬유의 염색 가능성을 시사했으므로, 인조섬유의 천연염색물 개발과 보급을 증가시킬 수 있다.
또한 X-rite사의 color I-control 소프트웨어를 이용하여 측정결과의 수치(L*a*b* 값)를 염색직물의 이미지 색으로 재현하였다. 그 결과, 오배자로 무매염 염색된 모든 인조섬유에서 갈색 색상을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
, 2005). 그러나 레이온, 텐셀, 텐셀혼방, 나일론 섬유의 경우 시간에 따라 염착량 증가가 미미한데 반해, 대두섬유의 경우에는 고온에서 염색시간에 따라 급격한 증가를 보였으며, 특히 염색시간 60분까지 염착량이 현저하게 증가하다가, 이후 완만하게 증가하여 90분에서 최대염착량을 나타내었다. 따라서 최대 염착시간은 90분이나, 최적 염색시간은 60분으로 판단된다.
나일론섬유 역시, 온도가 증가함에 따라 Tg 이상에서 염착량이 급격히 증가하여 온도의 영향이 큼을 알 수 있었다. 이는 온도가 증가함에 따라 섬유가 팽윤하고, 비결정영역의 섬유분자의 운동이 커져서 염료가 섬유내부로의 확산이 용이해졌기 때문으로 생각된다(Kim, 2009).
2]는 염색온도에 따른 염착량 변화를 나타낸 것이다. 대두섬유, 레이온, 텐셀, 텐셀혼방, 나일론섬유에 있어서 모든 섬유가 온도가 증가함에 따라 염착량이 증가하였다. 셀룰로오스 섬유인 레이온, 텐셀, 텐셀혼방 섬유의 경우, 온도에 의한 영향을 거의 받지 않았으나, 나일론과 대두섬유의 경우 염착량은 염색온도가 60℃까지는 완만하게 증가하다가, 80℃와 100℃에 이르기까지 급격한 증가를 보였다.
셀룰로오스 섬유인 레이온, 텐셀, 텐셀혼방 섬유의 경우, 온도에 의한 영향을 거의 받지 않았으나, 나일론과 대두섬유의 경우 염착량은 염색온도가 60℃까지는 완만하게 증가하다가, 80℃와 100℃에 이르기까지 급격한 증가를 보였다. 따라서 오배자의 인조섬유 종류별 최대염착을 위한 염색온도는 100℃로 나타났다.
3]은 각종 인조섬유의 오배자 염료에 대한 염색성을 알아보기 위해, 최적 염색조건인 염색온도 100℃, 염색시간 90분에서 염색된 각종 인조섬유의 염착량을 나타낸 것이다. 오배자 색소는 재생 단백질 섬유인 대두섬유에 높은 친화력을 보인 반면 레이온이나 라이오셀과 같은 재생 셀룰로오스 섬유에서는 현저히 낮은 염착량을 보였다. 이는 재생 단백질 섬유가 재생셀룰로오스 섬유에 비하여 수산기(-OH)뿐만 아니라, 오배자 색소와 염착량이 강한 원자단인 아미노기(-NH2)와 카르복실기(-COOH)가 많이 형성되어 있기 때문으로 생각된다.
[Table 3]은 오배자 추출물로 최대 염착량을 나타낸, 염색온도 100℃와 염색시간 90분에서 염색한 각종 섬유의 항균성 시험 결과를 나타낸 것이다. 오배자 추출물로 염색된 모든 인조섬유에서 황색포도상구균과 폐렴균 모두에서 99.9%의 정균감소율을 나타내었다.
후속연구
4. 무매염 염색법을 통하여 오배자로 염색된 모든 인조섬유에서 특히 매우 낮은 염착량을 보인 재생셀룰로오스섬유에서도 모두 높은 항균성을 보였으므로, 인조섬유의 안전한 기능성소재 개발로 속옷 또는 아토피 혹은 접촉성피부염과 같은 피부질환 환자들의 증상완화 및 치료목적에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
, 2005; Park & Yoon, 2009) 중에서 자체적인 항균성을 갖고 있는 천연염재는 상대적으로 많지 않았고, 대부분 매염제를 사용하므로서 매염제에 의한 항균성을 갖고 있는데, 반면 오배자염료는 매염제없이도 오배자염료 자체적인 우수한 항균력을 갖고 있기 때문에, 실용적인 우수한 천연항균제로서의 이용이 충분히 가능하다고 여겨진다. 특히 [Table 3]에서 보는 바와 같이, 매우 낮은 염착량을 나타낸 재생 셀룰로오즈 섬유(레이온, 텐셀, 텐셀혼방)에서도 우수한 항균력을 보여, 인조섬유의 항균소재로서의 실용화가 충분히 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
인체친화성에 대한 관심이 증가한 이유는?
환경과 건강에 대한 관심의 증가와 현대인에게 아토피 등과 같은 피부질환자의 증가로 인해 인체친화성에 대한 관심이 높아지고, 건강을 중심으로 한 기능성 소재의 활용범위가 확대되면서, 섬유영역에 있어서도 친환경적 제품군에 대한 소비자의 요구가 증대되고 있으며, 이에 따라 전통적인 천연염색에 대한 관심이 높아지고 있다.
인조섬유에 비하여 천연물의 활용으로 얻을 수 있는 장점은 무엇인가?
또한 섬유 관련 분야에서는 천연섬유에 비하여 인조섬유의 사용량이 증가되고, 외의류뿐만 아니라 내의류에도 인조섬유가 많이 사용됨에 따라 피부 자극이나 독성과 같은 장해가 거의 없고 항균 등 여러 가지 생리적 기능을 지닌 천연물의 활용이 활발해지고 있다. 이때 천연염료는 종류에 따라서는 항균, 소취 등의 생리적 기능과 항염 등의 약리 작용을 나타내는 것으로 알려져 있다(Hong, Jeon, Kim, & Jeon, 2005; Hwang, 2009; Oh, Park, & Park, 2005; Park & Yoon, 2009).
천연물 염료는 종류에 따라 어떤 기능을 하는가?
또한 섬유 관련 분야에서는 천연섬유에 비하여 인조섬유의 사용량이 증가되고, 외의류뿐만 아니라 내의류에도 인조섬유가 많이 사용됨에 따라 피부 자극이나 독성과 같은 장해가 거의 없고 항균 등 여러 가지 생리적 기능을 지닌 천연물의 활용이 활발해지고 있다. 이때 천연염료는 종류에 따라서는 항균, 소취 등의 생리적 기능과 항염 등의 약리 작용을 나타내는 것으로 알려져 있다(Hong, Jeon, Kim, & Jeon, 2005; Hwang, 2009; Oh, Park, & Park, 2005; Park & Yoon, 2009). 그런데 대부분의 천연염료는 염색성과 염색견뢰도가 낮아서 금속매염제를 사용하여 염색성과 항균성을 향상시키고자 하는데, 이 때 항균성을 부여하기 위해 사용해온 금속매염제 중에서 중금속 성분에 의한 환경오염과 인체유해성을 우려하였다(Shin & Chung, 2013).
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