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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 편백나무 잎 추출물을 이용해 모직물에 염색하여 최적 염색조건을 알아보고자 한다. 또한 염색포의 견뢰도 및 다양한 기능성 측면을 검토하여 환경 친화적인 천연염재로서의 활용가능성을 제안하고자 한다.
- 본 연구의 목적은 편백나무 잎 추출액을 이용한 모직물의 염색성을 알아보기 위하여 적정 염색조건과 염색견뢰도를 검토하고 편백나무 잎 추출액으로 염색한 모직물의 기능성을 측정하였다.
- 이에 본 연구에서는 편백나무 잎 추출물을 이용해 모직물에 염색하여 최적 염색조건을 알아보고자 한다. 또한 염색포의 견뢰도 및 다양한 기능성 측면을 검토하여 환경 친화적인 천연염재로서의 활용가능성을 제안하고자 한다.
제안 방법
- 또한 ΔE, K/S값의 경우 90°C와 비교해서 100°C에서 매우 높은 값을 보여 이후 실험에서는 염색온도를 100°C로 하여 실험하였다.
- 모직물의 염색은 IR염색기(DTC-6000, Dealim Starlet, Korea)를 사용하였고, 염색조건은 욕비는 1:100, 염색온도는 20~100°C, 염액농도는 10~100%(v/v), 염색시간은 20~120분, 염욕의 pH를 3, 5.8, 7, 9, 11로 설정하여 염색하였다.
- , 2018). 본 실험에서는 실제 염색 시 대량으로 작업을 할 경우 환경문제를 고려하여 pH를 조정하지 않고 pH 5.8로 진행하였다.
- 염색견뢰도 실험에 사용된 편백나무 잎 염색포는 욕비 1:100, 염색시간 100분, 염액농도 70%(v/v), 염색온도 100°C, 염욕의 pH를 조절하지 않은 상태로 염색하였다.
- 염색한 모직물의 항균성 평가는 KS K 0693(KATS, 2016)에 의하여 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 폐렴균(Klebsiella pneumoniae ATCC4352)을 접종하여 평가하였다. 원포와 염색포에 균을 배양하고 18시간 뒤의 생균수를 측정하여 [Eq. 4]에 따라 정균감소율을 구하였다.
- 염색한 모직물의 자외선 차단율은 KS K 0850(KATS, 2014)에 준하여 자외 · 가시부 분광광도계(Perkin-Elmer Lambda950, USA)를 사용하여 290~400nm의 범위에서 파장 간격 5nm 단위로 자외선 투과율을 측정하였다. 직물이 없는 상태에서 투과된 자외선 강도와 직물을 투과하는 자외선 강도를 측정하여 자외선 투과율을 계산하고[Eq. 1], 자외선 차단율은 [Eq. 2]를 이용하여 산출하였다.
- 편백나무 잎 추출물로 염색한 모직물의 표면 색측정은 색차계(X-rite 8200, USA)를 사용하여 D65광원과 10° 시야각 조건으로 가시광선 영역에서 최대흡수파장이 나타나지 않아 400nm에서 염색포의 표면 반사율을 측정하고 K/S값을 산출하였으며, CIELAB 표색계에 의한 L*, a*, b*, ΔE값을 측정하고 Munsell값을 구하였다.
- 편백나무 잎 추출물을 동결건조 하여 제조한 분말염료를 증류수와 알코올에 용해한 수용액의 흡광스펙트럼을 UV-VIS Spectrophotometer(SHIMAZU UV-18, Japan)를 사용하여 측정하였다.
- 편백나무잎 추출물에서 얻은 색소의 성분을 분석하기 위해 염액을 동결건조기(PVTFD 10R, Ilshin, Korea)로 72시간 처리하여 염료분말을 얻었고 평균수율은 11.4%였다. 분말상태의 편백나무 열수 추출물을 대상으로 Fourier Transform Infrared Spectrometer(Nicolet 6700, Thermo, USA)를 사용하여 KBr pellet법에 의해 500~4,000cm-1의 범위에서 피크를 측정하였다.
대상 데이터
- 제주특별자치도 소재 제주대학교 캠퍼스 내에 자생하는 편백나무 잎을 2018년 9월에 채취하여 사용하였다. 세척 후 자연 건조한 편백나무 잎 100g을 분쇄하여 증류수 1ℓ에 넣은 다음, 100°C에서 60분간 2회 추출한 후 염액을 섞어 여과하고, 이를 원액으로 사용하여 염색하였다.
이론/모형
- 4%였다. 분말상태의 편백나무 열수 추출물을 대상으로 Fourier Transform Infrared Spectrometer(Nicolet 6700, Thermo, USA)를 사용하여 KBr pellet법에 의해 500~4,000cm-1의 범위에서 피크를 측정하였다.
- 소취성 평가는 가스검지관법으로 시험하였고, 소취율의 계산식은 [Eq. 3]과 같다.
- 염색시료는 KS K 0905(Korean Agency for Technology and Standards [KATS], 2015a)에 준한 표준 백모포를 사용하였고, 시료의 특성을 [Table 1]에 나타내었다.
- 염색한 모직물의 자외선 차단율은 KS K 0850(KATS, 2014)에 준하여 자외 · 가시부 분광광도계(Perkin-Elmer Lambda950, USA)를 사용하여 290~400nm의 범위에서 파장 간격 5nm 단위로 자외선 투과율을 측정하였다.
- 염색한 모직물의 항균성 평가는 KS K 0693(KATS, 2016)에 의하여 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)과 폐렴균(Klebsiella pneumoniae ATCC4352)을 접종하여 평가하였다. 원포와 염색포에 균을 배양하고 18시간 뒤의 생균수를 측정하여 [Eq.
- 염색한모직물의 세탁견뢰도는 Launder-O-Meter(ASA202-3, ASIA TESTING MACHINE, Korea)로 알칼리성 세제, 중성세제를 사용하여 KS K ISO105-C06(KATS, 2018)에 준하여 시험하였고, 마찰견뢰도는 KS K 0650-1(KATS, 2017a)에 준하여 Cr°Ckmeter(Yasuda Seiki, Japan)를 이용하여 건조 시와 습윤 시의 마찰견뢰도를 측정하였다.
- 염색한모직물의 세탁견뢰도는 Launder-O-Meter(ASA202-3, ASIA TESTING MACHINE, Korea)로 알칼리성 세제, 중성세제를 사용하여 KS K ISO105-C06(KATS, 2018)에 준하여 시험하였고, 마찰견뢰도는 KS K 0650-1(KATS, 2017a)에 준하여 Cr°Ckmeter(Yasuda Seiki, Japan)를 이용하여 건조 시와 습윤 시의 마찰견뢰도를 측정하였다. 일광견뢰도는 Xenon Test Chamber를 사용하여 KS K ISO105-B02(KATS, 2015b)에 준하여 염색된 시료를 20시간 동안 광조사한 후 등급을 판정하였고, 땀 견뢰도는 염색된 시료를 KS K ISO105-E04(KATS, 2017b)에 준하여 측정하였다.
성능/효과
- 마찰견뢰도는 건조 시와 습윤 시 모두 5등급으로 매우 우수하였다. 땀견뢰도에서 산성 땀은 5등급, 알칼리성 땀은 4-5등급으로 우수한 견뢰도를 보였고, 일광견뢰도는 3등급으로 나타났다.
- 8로 매운 높은 자외선 차단효과를 나타내었다. 또한 UV-A의 차단율이 98.1%, UV-B의 차단율은 98.2%로 매우 우수한 자외선 차단율을 보였다.
- 염색포의 자외선 차단성이 원포에 비해 두 배 이상 증가하였고, 암모니아 가스에 대한 소취성이 99% 이상으로 매우 우수함을 확인하였다. 또한 황색포도상구균에 대한 염색포의 정균감소율은 99.9% 이상으로 매우 우수하였고 폐렴균의 경우 또한 99.9%의 정균감소율을 나타내어 모두 매우 우수하였다.
- 염색한 모직물의 땀견뢰도의 경우 산성 땀액에서 변퇴색과 오염은 5등급이었고, 알칼리성 땀액에서는 4-5등급으로 우수한 결과를 보였다. 마찰견뢰도는 건조 시와 습윤 시 모두 5등급으로 매우 우수하였고, 일광견뢰도의 경우 3등급으로 나타났는데 편백나무 잎 추출물의 탄닌 성분으로 일광에 염색포를 노출시키면 색상이 진해지는 현상을 확인할 수 있었다
- , 2007). 본 연구에서는 용매에 따른 차이는 나타나지 않았고, 편백나무잎 추출물은 탄닌과 플라보노이드 혼합물 상태이므로 최대흡수파장은 가시광선 영역 밖의 400nm 이하에서 나타났다. 또한 Band II가 360~370nm에서 나타나 편백나무 잎 추출물의 성분은 탄닌과 플라보노이드의 혼합물로 확인된다(Cho, 2000).
- 색상은 모두 YR계열이었고, pH 3에서 최고의 K/S값을 나타내었고, pH 5.8에서 급속하게 감소한 후 pH 7에서는 조금 증가한 이후 pH 9와 pH 11에서는 계속 감소하는 경향을 보였다. 이는 모섬유의 등전점 이하에서는 섬유 표면의 양이온기와 염료의 음이온기 사이에 이온결합이 활발히 이루어지며, 등전점 이상에서는 섬유 표면에 (−)계면전위를 나타내어 편백나무 잎 색소의 음이온기와 전기적 반발이 일어나 K/S값이 감소하는 경향을 보인다(Yan et al.
- 8에서 염색시간을 20분에서 120분 범위에서 20분 간격으로 증가시켜 염색한 결과이다. 염색시간 100분까지 염착량이 계속 증가하였으며 80분에서 100분 사이에 증가폭이 커서 최적의 염색시간은 100분임을 확인하였고, 이후 실험은 100분으로 진행하였다. 편백나무 잎 추출물에 의한 염색포는 모두 YR계열로 나타났으며, 염색시간이 길어질수록 L*값은 점차 낮아져 색상이 짙어지고, 붉은 기미를 나타내는 a*값과 노랑 기미를 나타내는 b*값이 증가하는 경향을 보였다.
- 염색온도가 상승할수록 YR계열의 색상을 나타내었고, L*값은 점차 낮아져 어두워지고, 붉은 기미를 나타내는 a*값과 노랑 기미를 나타내는 b*값은 지속적으로 증가하였다. 또한 ΔE, K/S값의 경우 90°C와 비교해서 100°C에서 매우 높은 값을 보여 이후 실험에서는 염색온도를 100°C로 하여 실험하였다.
- 염색온도가 상승함에 따라 K/S값이 점차 증가하였고, 100°C에서 급격한 색상의 변화를 보이며 최대염착량을 나타내었다.
- 염색포는 모두 YR계열의 색상을 나타내었고 농도가 짙어질수록 L*값은 점차 낮아져서 짙어지고, a*와 b*값이 증가하는 경향을 보여 붉은색과 노란색 계열이 증가함을 확인하였다. 염액의 농도가 증가함에 따라 ΔE, K/S값이 증가하여 염착량은 계속 높아졌으며, 모섬유와 편백나무 잎의 색소인 탄닌 성분은 이온결합에 의해 염색이 되는 것으로 판단된다(Yan et al.
- [Table 6]은 편백나무 잎 추출물로 염색한 모직물의 염색견뢰도를 나타낸 것이다. 염색포의 세탁견뢰도는 시중에서 판매되는 알칼리성세제와 중성세제를 각각 사용하여 측정하였고, 알칼리성세제에 의한 염색포의 변퇴색은 3-4등급, 오염은 4등급으로 나타났다. 중성세제에 의한 염색포의 변퇴색과 오염은 4-5등급으로 매우 우수한 견뢰도를 보였다.
- 염색포의 자외선 차단성이 원포에 비해 두 배 이상 증가하였고, 암모니아 가스에 대한 소취성이 99% 이상으로 매우 우수함을 확인하였다. 또한 황색포도상구균에 대한 염색포의 정균감소율은 99.
- 중성세제에 의한 염색포의 변퇴색과 오염은 4-5등급으로 매우 우수한 견뢰도를 보였다. 염색한 모직물의 땀견뢰도의 경우 산성 땀액에서 변퇴색과 오염은 5등급이었고, 알칼리성 땀액에서는 4-5등급으로 우수한 결과를 보였다. 마찰견뢰도는 건조 시와 습윤 시 모두 5등급으로 매우 우수하였고, 일광견뢰도의 경우 3등급으로 나타났는데 편백나무 잎 추출물의 탄닌 성분으로 일광에 염색포를 노출시키면 색상이 진해지는 현상을 확인할 수 있었다
- 8, 7, 9, 11로 설정하여 염색한 결과이다. 염욕의 pH가 증가함에 따라 L*값은 점진적으로 증가하여 색상이 점차 밝아졌으며, pH 3에서 가장 낮은 값을 나타내어 매우 어두운 색상을 띄었다. a*값은 pH7 이상에서 감소를 보여 붉은 기미가 조금 감소하였으며, 노랑 기미를 보이는 b*값은 pH 9까지는 증가하는 경향이었으나 pH 11에서는 감소하였다.
- 8로 나타났다. 염착량이 많을수록 색상은 YR계열로 나타나고, L*값은 점차 낮아지고, a*와 b*값은 지속적으로 증가하는 경향을 보였다. 세탁 견뢰도는 알칼리성세제에서는 변퇴색이 3-4등급, 오염이 4등급이었으며, 중성세제에 의한 변퇴색과 오염은 모두 4-5등급으로 우수하였다.
- 이상과 같이 편백나무 잎을 활용한 모직물의 염색성과 다양한 기능성 측면을 확인한 결과 전처리를 하거나 매염을 하지 않아도 모직물의 염착량이 매우 높음을 알 수 있었고, 염색견뢰도가 매우 우수하였으며, 소취성이나 항균성 등 기능성이 향상되어 환경 친화적인 기능성 천연염료로 활용가능성을 확인하였다.
- 837, 816, 779cm-1에서 나타나는 피크는 benzene 치환체의 δoop(-C-H) 진동에 의한 피크들이다(Socrates, 2001). 이상의 결과들을 종합하면 편백나무 추출물의 색소는 탄닌과 플라보노이드계 성분으로 구성되어 있다고 판단된다.
- 적정 염색조건은 염액농도 70%(v/v), 염색온도 100°C, 염색시간 100분, 염욕의 pH는 5.8로 나타났다.
- 염색포의 세탁견뢰도는 시중에서 판매되는 알칼리성세제와 중성세제를 각각 사용하여 측정하였고, 알칼리성세제에 의한 염색포의 변퇴색은 3-4등급, 오염은 4등급으로 나타났다. 중성세제에 의한 염색포의 변퇴색과 오염은 4-5등급으로 매우 우수한 견뢰도를 보였다. 염색한 모직물의 땀견뢰도의 경우 산성 땀액에서 변퇴색과 오염은 5등급이었고, 알칼리성 땀액에서는 4-5등급으로 우수한 결과를 보였다.
- 염색시간 100분까지 염착량이 계속 증가하였으며 80분에서 100분 사이에 증가폭이 커서 최적의 염색시간은 100분임을 확인하였고, 이후 실험은 100분으로 진행하였다. 편백나무 잎 추출물에 의한 염색포는 모두 YR계열로 나타났으며, 염색시간이 길어질수록 L*값은 점차 낮아져 색상이 짙어지고, 붉은 기미를 나타내는 a*값과 노랑 기미를 나타내는 b*값이 증가하는 경향을 보였다.
- [Table 9]는 원포와 염색포의 항균성 시험에 대한 결과를 나타낸 것이다. 황색포도상구균과 페렴균을 이용정균감소율을 측정하여 평가한 것으로 원포의 항균성이 0%인데 반하여 염색포의 황색포도상구균에 대한 시료의 정균감소율은 99.9% 이상이었고 폐렴균의 경우도 99.9%의 정균감소율을 나타내어 모두 매우 우수한 결과를 나타내었다. 이로부터 편백 잎의 항균성이 매우 우수하여 편백나무 잎 염색으로 항균가공효과를 확인하였고 편백나무 잎 염색포의 항생제 내성균주에 대한 선행연구의 결과와도 일치함을 알 수 있다(Seo & Li, 2015)
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