[논문]Sodium Oleate와 Xanthan Gum 처리에 의한 카폭 섬유의 특성

구혜인; 박영미

doi:10.5764/tcf.2020.32.1.44

Sodium Oleate와 Xanthan Gum 처리에 의한 카폭 섬유의 특성
Characteristics of Kapok Fibers by Treatment with Sodium Oleate and Xanthan Gum 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.32 no.1, 2020년, pp.44 - 50

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In this study, pre-treatment was performed on kapok, a hydrophobic fiber, to compare dyeability by hydrophilization. The pretreatment conditions of kapok fiber were used with different amounts of sodium oleate(NaO), a fatty acid-based anionic surfactant, and xanthan gum(XG) as a natural thickener. At this time, NaO and XG were separately or mixed treated with 0.01%, 0.1%, 1% aqueous solution at 80℃ for 30 min. Hydrophilicity through dyeing was confirmed using Sappan wood extract. Therefore, SEM observation was performed to investigate the surface change of kapok fiber according to the conditions. The surface color difference was also analyzed. Pretreated kapok fibers were made from nonwoven fabrics and the contact angles were measured to determine their hydrophilization. The surface of the fiber after pretreatment was found to be cracked when NaO and NaO were mixed with XG. The surface color was the highest in a⁎ and K/S values after the simultaneous treatment of NaO and XG, followed by NaO pretreatment and XG pretreatment. The contact angle of kapok fiber made of nonwoven fabric was slightly lower at 300g/㎡ than the fabric weight of 150g/㎡. Such hydrophilized nonwoven kapok fiber are expected to be used in various fields.

주제어

표/그림 (7)

그림 Figure 1. Structure of sodium oleate (a), xanthan gum (b), and brazilin in sappan wood (c).
표 Table 1. Specification of kapok fiber
그림 Figure 2. SEM image of kapok; (a) raw kapok, (b) sodium oleate 0.1%, (c) xanthan gum 0.1%, and (d) sodium oleate 0.1% with xanthan gum 0.1% blend.
표 Table 2. Color characteristics of kapok fiber dyeing with sappan wood extract by pretreatment with sodium oleate, xanthan gum, and sodium oleate and xanthan gum blend
그림 Figure 3. Kapok nonwoven sheet by pretreatment with sodium oleate and xanthan gum; (a) 150g/m², (b) 300g/m².
표 Table 3. Characteristics of kapok nonwoven sheet by pretreatment with sodium oleate and xanthan gum
그림 Figure 4. Contact angle of kapok nonwoven sheet; (a) 150g/m² sodium oleate pretreatment, (b) 150g/m² xanthan gum pretreatment, (c) 300g/m² sodium oleate pretreatment, (d) 300g/m² xanthan gum pretreatment.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 카폭 섬유에 NaO, XG, NaO와 XG을 동시에 전처리하고 그로 인한 염색성을 비교하여 카폭 섬유의 친수성 및 염색성 여부를 확인한 데에 의의가 있다. 이는 소수성 섬유인 카폭의 친수화를 통한 염색 방안 모색에 기여할 수 있을 것으로 보일 뿐만 아니라 후속 연구로서 이러한 효과에 대한 고찰이 이루어짐에 따라 의류 소재 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구는 카폭 섬유의 친수성을 향상하기 위하여 NaO, XG, NaO와 XG을 동시에 전처리한 후, 친수화 여부를 알아보았으며, 습식부직포 제조를 통해 카폭의 의류소재로서 사용 가능성을 조사하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

제안 방법

2%, 2% 수용액을 기준으로 하였다. NaO 전처리의 경우 카폭 섬유 2g과 증류수 200ml, NaO 각 0.02g, 0.2g, 2g을 80℃에서 20분간 처리하였다. 이 때, NaO 수용액의 pH는 0.
이후 전처리한 카폭은 40℃에서 48시간 동안 건조하였다. XG 전처리는 카폭 섬유 2g과 증류수 200ml, XG은 각 0.02g, 0.2g, 2g을 80℃에서 20분간 처리하였다(pH 6). 이후 전처리한 카폭은 40℃의 건조기에서 48시간 동안 건조하였다.
이에 전처리 후 카폭 표면을 관찰하고, 소목으로 염색한 후 염색에 의한 친수성을 알아보았다. 또한 접촉각 측정을 통해 흡수성의 변화를 확인하였다. 이러한 연구는 카폭 섬유를 의류 제품으로 활용하는 데에 기여할 수 있고, 다양한 분야로 활용 가능할 것으로 기대한다.
본 연구에서는 지방산계 음이온 계면활성제인 올레인산나트륨(sodium oleate, NaO)과 천연 점증제인 잔탄검(xanthan gum, XG)을 사용하여 카폭 섬유를 전처리한 후, 친수화를 평가하였다. 이에 전처리 후 카폭 표면을 관찰하고, 소목으로 염색한 후 염색에 의한 친수성을 알아보았다.
이 때, 카폭 섬유가 물에 해리 및 분산될 때 엉김을 최소화 하기 위해 3mm로 절단하였으며, 물 보다 낮은 비중으로 인해 증점제(LAPONTE JS, BYK additives & instruments, Germany)를 0.1g/m2으로 극소량 사용하였다.
본 연구에서는 지방산계 음이온 계면활성제인 올레인산나트륨(sodium oleate, NaO)과 천연 점증제인 잔탄검(xanthan gum, XG)을 사용하여 카폭 섬유를 전처리한 후, 친수화를 평가하였다. 이에 전처리 후 카폭 표면을 관찰하고, 소목으로 염색한 후 염색에 의한 친수성을 알아보았다. 또한 접촉각 측정을 통해 흡수성의 변화를 확인하였다.
전처리를 위해 각 조건별 첨가량은 NaO와 XG은 0.01%, 0.1%, 1% 수용액, NaO와 XG을 동시에 첨가할 경우 0.02%, 0.2%, 2% 수용액을 기준으로 하였다. NaO 전처리의 경우 카폭 섬유 2g과 증류수 200ml, NaO 각 0.
제조한 카폭 습식 부직포의 친수화 여부는 접촉각 측정기(Contact angle measurement OCA20, JIN Tech Trading Corp., Korea)를 사용하였으며, 증류수 10μl를 떨어뜨린 뒤 디지털 카메라로 접촉각을 촬영하였다.
카폭 섬유에 NaO와 XG 및 두 전처리제를 혼합하여 각각 0.1%의 농도로 처리한 후 표면 형태를 관찰하였다. FE-SEM를 통한 이미지를 분석 결과, Figure 2에서 보는 것과 같이 각 전처리를 통해 카폭 섬유 표면은 NaO 0.
카폭 섬유에 NaO와 XG을 동시에 전처리한 조건을 wet-laid 제조방법으로 부직포 시트를 제조하였다.
카폭 섬유와 NaO, XG, NaO와 XG을 동시에 전처리한 시료 및 염색한 후의 형태학적 변화 측정을 위해 Ion sputter coater(Hitachi, E-1030, Japan)를 통한 백금 진공 증착한 후, FE-SEM/EDS(Field Emission Scanning Electron Microscope, Hitachi, S-4200, Japan)로 15kV의 전압 하에 3000배 확대한 표면을 관찰하였다.
카폭 섬유와 NaO, XG, NaO와 XG을 동시에 전처리한 시료의 염색 후 표면 색상은 색차계(COLOR-EYE 3100, Macbeth, USA)를 사용하여 파장 400-700nm, D65-10 광원 하에 CIE의 L*, a*, b*, K/S 값을 측정하였다.
카폭 섬유와 NaO와 XG을 동시에 전처리한 조건을 wet-laid 방식으로 부직포화 하였다. 이 때, 카폭 섬유가 물에 해리 및 분산될 때 엉김을 최소화 하기 위해 3mm로 절단하였으며, 물 보다 낮은 비중으로 인해 증점제(LAPONTE JS, BYK additives & instruments, Germany)를 0.
카폭 섬유의 염색은 카폭 섬유 2g과 소목 추출물 300ml(pH 6)을 각각 NaO, XG, NaO와 XG 동시에 전처리한 시료에 80℃에서 30분씩 처리하였다. 염색 후 충분히 수세하여 완전히 건조한 다음, 분석에 사용하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 카폭 섬유는 시판 제품(Malaysia)으로서 섬유 내외로 육안 관찰시 보이는 이물질을 일부 제거한 뒤 사용하였다. 카폭 섬유의 기본 성질과 처리 전 외관 사진은 Table 1에 나타낸 것과 같다.
카폭 염색에 사용된 소목은 시판하는 인도네시아산 가공 분말(Samhong medicinal herb Co., Ltd, Korea)을 사용하였으며, 주요 구조는 Figure 1의 (c)와 같다. 그 외 사용된 시약은 일급 시약을 그대로 사용하였다

성능/효과

1. 카폭 섬유에 NaO를 전처리한 뒤 소목 추출물로 염색하여 염료친화 정도를 확인한 결과 미처리 카폭보다 NaO 0.1%를 사용한 수용액에서 L*값은 가장 낮았으며, a*값과 K/S 값은 0.1% 수용액에서 가장 높은 값을 보였다.
2. 카폭 섬유에 XG을 전처리한 뒤 염료친화성을 확인한 결과, 농도가 1% 수용액일 때 L*값은 가장 낮았고, a*값과 K/S 값은 가장 큰 값을 나타냈다.
3. 카폭 섬유에 NaO와 XG을 동시에 전처리한 경우, L*값은 NaO와 XG을 각 0.1% 수용액으로 처리한 카폭이 가장 낮게 나타났고, a*값은 0.01%농도에서 가장 크게 나타났으며, K/S값은 NaO와 XG을 각각 0.1%로 동시에 전처리했을 때 가장 높게 나타났다.
4. 카폭 섬유에 전처리 조건에 따른 형태학적 변화는 NaO와 XG을 각 0.1% 수용액으로 전처리 시 표면 변화가 가장 컸으며, 이에 따른 염료의 고착 또한 가장 선명하게 나타났다.
5. 카폭 섬유를 NaO와 XG으로 동시에 전처리하여 각각 150g/m2와 300g/m2로 부직포화하여 접촉각 측정을 통해 친수성을 확인한 결과, 모두 110° 이상으로 나타났으며, 부직포 무게가 150g/m2인 경우 보다 300g/m2인 경우 접촉각이 약간 작았다.
1%의 농도로 처리한 후 표면 형태를 관찰하였다. FE-SEM를 통한 이미지를 분석 결과, Figure 2에서 보는 것과 같이 각 전처리를 통해 카폭 섬유 표면은 NaO 0.1%와 XG 0.1% 처리한 것이 다소 변화가 있음을 알 수 있다. 차이가 미미하지만 전처리 물질이 부착된 것을 확인할 수 있고, 이는 카폭 섬유의 친수화에 의한 염색에도 영향이 있을 것으로 볼 수 있다.
K/S의 경우, 카폭 섬유는 1.49였지만, NaO와 XG로 처리한 모든 시료가 1.56-2.31의 향상된 결과를 나타냈으며, 그 중 NaO와 XG를 0.1%씩 동시 처리하였을 때 가장 높은 값을 나타냈다. 이는 카폭 섬유에 NaO와 XG가 표면에 부착됨에 따라 이들 전처리제와 소목 염료와의 결합이 일어난 것으로 추측된다.
그 결과 기본 특성은 Table 3에 나타낸 것과 같이 적어도 150g/m2 이상이 되어야 카폭이 날아서 흩어지지 않고 제조될 수 있으며, 중량이 그 이하에서는 비산됨을 확인할 수 있었다.
1% 수용액을 처리한 카폭 섬유의 L*값이 가장 낮 았다. 또한 a*값은 NaO와 XG을 각 0.01%로 동시에 처리한 카폭 섬유가 가장 높았으며, NaO 0.1%와 XG 0.1%를 동시에 처리한 카폭이 가장 낮은 것을 알 수 있었다.
1% 수용액에서 그 값이 가장 낮게 나타났다. 적색을 나타내는 brazilin 색소를 포함하는 소목 추출물에 의한 염료친화성은 a*값의 경우, NaO 1% 수용액을 제외하고 0.01%와 0.1% 수용액에서 미처리 카폭 섬유보다 높게 나타났으며, 0.1% 수용액에서 가장 높게 나타났다. K/S값은 NaO 0.
측정 결과 카폭 섬유에 NaO를 전처리한 뒤 소목 추출물로 염색한 조건은 모두 L*값이 낮아지는 경향을 보였다. 특히 NaO 첨가량이 0.
카폭 섬유에 NaO와 XG을 동시에 전처리한 뒤 소목으로 염색한 결과, L*값은 미처리 카폭 섬유보다 NaO와 XG을 동시에 처리하여 염색한 모든 시료에서 낮은 값을 보였으며, NaO와 XG을 각 0.1% 수용액을 처리한 카폭 섬유의 L*값이 가장 낮 았다. 또한 a*값은 NaO와 XG을 각 0.
카폭 섬유에 XG을 전처리한 뒤 염색한 결과는 XG의 첨가량이 증가할수록 L*값이 감소하였으며, XG 1% 수용액에서 가장 낮았다. a*값은 XG 전처리 시 모두 증가하였으나, 0.
22mm 정도인 것을 알 수 있다. 카폭의 비산으로 인한 해리 시간이 매우 길며, 일반적인 제지가 가능한 셀룰로오스만의 종이 제조 기술에 비해 훨씬 까다롭고 불안정적인 상태임을 확인할 수 있었다.
측정 결과 카폭 섬유에 NaO를 전처리한 뒤 소목 추출물로 염색한 조건은 모두 L*값이 낮아지는 경향을 보였다. 특히 NaO 첨가량이 0.01%와 0.1%에서 L*값은 약간 감소하였으나, 0.1%의 L*값은 증가하였으며, 0.1% 수용액에서 그 값이 가장 낮게 나타났다. 적색을 나타내는 brazilin 색소를 포함하는 소목 추출물에 의한 염료친화성은 a*값의 경우, NaO 1% 수용액을 제외하고 0.

후속연구

본 연구는 카폭 섬유에 NaO, XG, NaO와 XG을 동시에 전처리하고 그로 인한 염색성을 비교하여 카폭 섬유의 친수성 및 염색성 여부를 확인한 데에 의의가 있다. 이는 소수성 섬유인 카폭의 친수화를 통한 염색 방안 모색에 기여할 수 있을 것으로 보일 뿐만 아니라 후속 연구로서 이러한 효과에 대한 고찰이 이루어짐에 따라 의류 소재 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
또한 접촉각 측정을 통해 흡수성의 변화를 확인하였다. 이러한 연구는 카폭 섬유를 의류 제품으로 활용하는 데에 기여할 수 있고, 다양한 분야로 활용 가능할 것으로 기대한다.
표면의 시트에 미처리된 리그닌의 부착을 볼 수 있는데 이는 NaO와 XG처리에 의해 리그닌이 탈락되지 않는 것을 알 수 있고, 표면의 물리적 변화가 미약한 것으로 추측할 수 있다. 이에 중공으로 인한 부피감에 의류용으로 단독 사용하기에는 부적합하지만 산업용 용도에 사용을 기대할 수 있을 것으로 보이며, 또한 이와 같은 습식부직포 제조가 가능함으로 인해 타 섬유와의 혼방으로 그 활용을 예상할 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	카폭 섬유를 의류패션 제품으로 활용하기 위해 극복해야 할 한계는 무엇인가?	이러한 카폭의 소수성 특징은 알칼리 처리7)를 비롯하여 산화, 산, 용매 처리 등에 의한 친수화 연구가 진행되고 있으며, 알칼리를 통한 친수성 개질 방법이 가장 효율적인 흡수성 향상 방법으로 알려져 있다8). 한편 카폭 섬유를 직물로 제조하기 위해서는 카폭 섬유의 거대 중공에 의한 초경량성 때문에 섬유가 날아서 흩어지는 비산(飛散) 현상을 방지하기 위하여 타 섬유와 혼합할 필요가 있고, 이는 상당히 어려운 것으로 알려져 있다. 예로서 카폭과 면 섬유를 혼합 시 카폭 섬유의 함량이 증가함에 따라 원사의 신축성은 좋아지지만 염색성이 저하하는 보고가 있다9,10). 그래서 카폭 섬유를 의류패션 제품으로 활용하기 위해서는 반드시 이러한 한계를 극복해야만 할 필요가 있다.
	카폭 섬유는 어디에서 주로 자생하는가?	친환경적이고 기능성까지 겸비한 천연 섬유소재는 최근 들어 더욱 관심을 받고 있으며, 특히 셀룰로오스 섬유의 활용 및 수요가 증가하고 있다1). 그 중 셀룰로오스 섬유이면서 유일하게 친수성이 아닌 카폭 섬유는 동남아시아와 인도 등에서 주로 자생하는 풍부한 천연 자원으로 알려져 있다. 이에 카폭은 그 수요가 점차 증가하고 있으나2), 현재까지 주로 베개나 옷의 보온재료 및 구명조끼 등에 한정되어 사용되고 있다3).
	카폭 섬유는 주로 어디에 한정되어 사용되고 있는가?	그 중 셀룰로오스 섬유이면서 유일하게 친수성이 아닌 카폭 섬유는 동남아시아와 인도 등에서 주로 자생하는 풍부한 천연 자원으로 알려져 있다. 이에 카폭은 그 수요가 점차 증가하고 있으나2), 현재까지 주로 베개나 옷의 보온재료 및 구명조끼 등에 한정되어 사용되고 있다3). 이와 같이 카폭은 충전재 등으로 사용되는 보고는 있으나4) 직물이나 편물 형태의 의복으로 활용한 사례는 없는 실정이다.

참고문헌 (13)

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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