[논문]알지네이트-젤라틴/실크 습식부직포 제조 및 특성 연구

최현정; 배영환; 이현호; 여상영

doi:10.5764/tcf.2020.32.1.57

알지네이트-젤라틴/실크 습식부직포 제조 및 특성 연구
Preparation and Characterization of Alginate-gelatin/silk Wet-laid Nonwoven Fabric 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.32 no.1, 2020년, pp.57 - 64

최현정 (한국생산기술연구원 융합생산기술연구소 산업용섬유그룹) , 배영환 (한국생산기술연구원 융합생산기술연구소 산업용섬유그룹) , 이현호 ((주)파이버엔텍) , 여상영 (한국생산기술연구원 융합생산기술연구소 산업용섬유그룹)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, alginate-gelatin/silk wet-laid nonwoven fabrics were prepared by using alginate gelatin fiber and silk fiber, as the main fiber, and PVA fiber as binder fiber. The characterization of pore size and mechanical property was carried out on the various weight ratios of alginate gelatin fiber and silk fibers, or the adding binder fibers. As the content of silk or binder fiber increases, the tensile strength increases from 0.70 kgf/㎠ to 5.08 kgf/㎠ and the pore size decreases 111.6 ㎛ to 51.00 ㎛. As the weight of the silk increased, the density increased, and binder fiber was added to enhance the cohesion between fibers, thereby increasing the wet-laid nonwoven fabric strength. We studied on wet-laid nonwoven fabrics that can be applied to mask sheet with adjustable pore size.

주제어

표/그림 (11)

그림 Figure 1. Schematic diagram for the preparation of alginate gelatin fiber.
표 Table 1. Preparation of alginate gelatin non-woven fabric
그림 Figure 2. Preparation of alginate gelatin non-woven fabric.
그림 Figure 3. SEM images of fibers (a) alginate-gelatin, (b) silk and (c) binder.
그림 Figure 4. SEM images of alginate gelatin wet laid nonwoven fabric.
표 Table 2. Average weight and thickness of AG based non-woven fabrics
그림 Figure 5. Average pore size of alginate-gelatin non-woven fabric.
표 Table 3. Pore size of AG based non-woven fabrics
표 Table 4. Mechanical properties of AG non-woven fabrics
그림 Figure 6. Pore size distribution of wet-laid nonwoven fabrics.
그림 Figure 7. Tensile properties of AG based non-woven fabric.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 자연순환형 섬유소재의 하나인 알긴산 섬유^8-10)와 대표적인 천연 섬유인 실크^11,12)를 기반으로 하여 피부의 자극을 최소화하고 감촉이 부드러운 부직포 시트를 제조하고, 알지네이트 섬유 및 실크 섬유의 무게비율을 조절하거나 바인더 섬유를 첨가하여 젤라틴복합부직포의 기공크기를 조절하고, 부직포의 강도를 강화시키는 연구를 진행하였다.
젤라틴 복합 습식부직포의 인장강도를 Figure 7과 Table 4에 나타내었다. 인장강도 실험은 시료의 양쪽 끝에서 시료가 절단 될 때까지 당기는 힘으로 힘을 증가시키면서 인장시켜 인장길이와 절단하는 데 필요한 힘을 측정하는 방법으로 실크 및 바인더 섬유의 영향을 알아보기 위해 측정하였다.

제안 방법

Lab-scale 습식부직포 제조장치에 해리된 섬유를 넣고, 섬유/물 슬러리를 수차례 분산한 다음, 습식부직포 제조 장치의 물을 빠르게 방류하여 분산된 슬러리가 고르게 웹형성이 되도록 하였다. 이렇게 제조된 부직포를 상온에서 건조하여 20X20cm의 크기를 지닌 최종 젤라틴 복합부직포를 제조하였다.
알지네이트-젤라틴과 실크의 함량에 따른 물성 비교를 위해 다양한 비율로 부직포를 제조하였다. 또한, 바인더섬유의 첨가 유무에 따른 강도 증가 연구를 위해 10 wt% 바인더섬유를 포함한 부직포를 제조하였다.
본 연구는 습식방사를 통해 제조된 알지네이트-젤라틴 섬유와 천연섬유인 실크섬유를 주섬유로 사용하고, PVC섬유를 바인더 섬유로 사용하여 젤라틴복합 습식부직포를 제조 하였다. 알지네이트-젤라틴 섬유와 실크섬유의 무게비를 조절하거나 바인더 섬유의 사용 유무에 따른 특성 분석을 진행하였다.
섬유의 직경 및 모폴로지를 확인하기 위해 Field emissionscanning electron microscopy(FE-SEM, SU8000, Hitachi Ltd, Japan)을 측정하였고, 알지네이트콜라겐/실크 복합 습식부직포의 인장강도 측정은 Instron®-3343(Instron, USA)에 100 N의 로드셀(Load cell)을 장착하여 측정 게이지 길이는 50 mm, 크로스헤드 스피드(cross-head speed)는 12.5 mm/mm의 속도로 측정하였다.
알지네이트-젤라틴 섬유와 실크섬유 또는 10 wt% 바인더섬유(PVA)가 첨가된 젤라틴 복합 습식부직포의 평량을 60 g/m² 기준으로 총량을 2.4 g되도록 무게를 측정하였다. 준비된 섬유를 물 2 L와 함께 믹서에 넣고 3분간 해리를 시켰다.
본 연구는 습식방사를 통해 제조된 알지네이트-젤라틴 섬유와 천연섬유인 실크섬유를 주섬유로 사용하고, PVC섬유를 바인더 섬유로 사용하여 젤라틴복합 습식부직포를 제조 하였다. 알지네이트-젤라틴 섬유와 실크섬유의 무게비를 조절하거나 바인더 섬유의 사용 유무에 따른 특성 분석을 진행하였다. 알지 네이트-젤라틴 섬유와 실크섬유를 이용한 젤라틴복합 습식부직포는 실크섬유의 함량이 증가할수록 기공의 분포가 줄어들고 강도가 증가하는 경향을 나타내었고, 이러한 젤라틴 복합섬유에 PVC 바인더를 첨가하면 기공의 분포가 줄어들고 강도 및 인장 탄성율이 증가한 것을 확인하였다.
알지네이트-젤라틴과 실크의 함량에 따른 물성 비교를 위해 다양한 비율로 부직포를 제조하였다. 또한, 바인더섬유의 첨가 유무에 따른 강도 증가 연구를 위해 10 wt% 바인더섬유를 포함한 부직포를 제조하였다.
알지네이트/젤라틴 복합 도프 제조: 8 %의 Sodium alginate를 증류수에 녹여 방사 원액을 제조하고 45 ℃에서 7 시간 동안 교반시켜 알지네이트/젤라틴 복합 도프를 제조하였다. 이때 고형분 중 알지네이트 40 %, 젤라틴 60 %의 비율로 도프가 제조 되었으며, 도프 내 총 고형분 함량은 20 %로 제조 되었다.
이때 시편의 크기는 100 mm X 25 mm의 크기를 사용하였다. 제조된 젤라틴 복합 부직포의 기공크기 및 분포를 확인하기 위하여 기공측정 장치(Capillary Flow Porometer, PMI, CFP-1200-AEL)를 이용하였고, 3 cm X 3 cm의 시편에 Galwick 유체를 함침한 후, 공기압력을 높이면서 일정한 속도로 공기를 흘려 압력변화를 측정하고 계산하여 필라멘트 사이의 최소, 최대, 평균 기공 크기를 확인하였다.
제조된 젤라틴 복합 부직포의 기공크기 및 분포를 확인하기 위하여 기공측정 장치(Capillary Flow Porometer, PMI, CFP1200-AEL)를 이용하였고, 분석을 통해 최소, 최대, 평균 기공크기를 확인하였다(Table 3, Figure 5).
젤라틴 복합 습식부직포를 제조 하기 위해 사용한 주체 섬유인 알지네이트-젤라틴, 실크섬유와 바인더섬유인 PVC 섬유의 평균직경을 알아보기 위해 Figure 3의 SEM 이미지 분석을 진행하였다. 섬유의 30 가닥의 직경을 측정하여 평균값을 측정하였으며, 알지네이트-젤라틴 섬유는 22.

대상 데이터

알지네이트-젤라틴(Alginate-gelatin;AG)섬유를 제조하기 위해 Sodium alginate(Qingdao bright moon seaweed group, China)를 사용하였고, 응고욕은 Calcium chloride(Haecheon, Korea)를 이용하였다. 유제는 Cationic emulsion(200CT, Sinhwa, Korea), Non-ionic emulsion(P407, Daebong LS, Korea)가 사용되었으며 모든 용액의 용매는 Ethanol(99.
알지네이트-젤라틴(Alginate-gelatin;AG)섬유를 제조하기 위해 Sodium alginate(Qingdao bright moon seaweed group, China)를 사용하였고, 응고욕은 Calcium chloride(Haecheon, Korea)를 이용하였다. 유제는 Cationic emulsion(200CT, Sinhwa, Korea), Non-ionic emulsion(P407, Daebong LS, Korea)가 사용되었으며 모든 용액의 용매는 Ethanol(99.5%, Daejung, Korea)을 사용하였다.
5 mm/mm의 속도로 측정하였다. 이때 시편의 크기는 100 mm X 25 mm의 크기를 사용하였다. 제조된 젤라틴 복합 부직포의 기공크기 및 분포를 확인하기 위하여 기공측정 장치(Capillary Flow Porometer, PMI, CFP-1200-AEL)를 이용하였고, 3 cm X 3 cm의 시편에 Galwick 유체를 함침한 후, 공기압력을 높이면서 일정한 속도로 공기를 흘려 압력변화를 측정하고 계산하여 필라멘트 사이의 최소, 최대, 평균 기공 크기를 확인하였다.
Lab-scale 습식부직포 제조장치에 해리된 섬유를 넣고, 섬유/물 슬러리를 수차례 분산한 다음, 습식부직포 제조 장치의 물을 빠르게 방류하여 분산된 슬러리가 고르게 웹형성이 되도록 하였다. 이렇게 제조된 부직포를 상온에서 건조하여 20X20cm의 크기를 지닌 최종 젤라틴 복합부직포를 제조하였다.
제조 방법은 Table 1과 Figure 2에 나타내었으며, 주 섬유(Matrix fiber)로는 젤라틴함유 섬유인 알지네이트-젤라틴 섬유와 천연섬유인 실크섬유를 사용하였고, 바인더섬유는 PVA를 사용하였다.
천연섬유 중 실크 섬유(Silk fiber;S)를 알지네이트/젤라틴 섬유와 함께 주체섬유로 사용하였다. 중국산 생사, 4A급 21중 2합 정련사, 치즈염색기를 이용한 비누/알카리 조건의 기계식 정련 실시한 실크섬유를 한국실크연구원으로부터 구매하여 사용하였다. 습식부직포 제조시 바인더섬유(Binder fiber;B)로는 LM-PET biomponent, PVA, Polyethylene(PE)등이 많이 사용되고 있는데, 그 중 PVA는 우수한 기계적강도, 유연성, 그리 고 내흡수성 및 바인딩 특성을 가지고 있어 부직포 산업에 표면 및 내부 사이즈제(sizing agent) 및 바인딩제(binding agent)로 널리 알려져 있기 때문에, 마스크팩/창상피복재용 부직포에 적합한 바인더로 Kuraray사의 POVAL 제품을 사용하였다.
천연섬유 중 실크 섬유(Silk fiber;S)를 알지네이트/젤라틴 섬유와 함께 주체섬유로 사용하였다. 중국산 생사, 4A급 21중 2합 정련사, 치즈염색기를 이용한 비누/알카리 조건의 기계식 정련 실시한 실크섬유를 한국실크연구원으로부터 구매하여 사용하였다.

성능/효과

7 ㎛를 나타내었다. AG섬유에 S섬유가 복합화되거나 바인더 섬유가 첨가되어도 균일한 평량과 두께를 나타내는 것을 확인할 수 있었다(Table 2).
SEM 분석(Figure 4)을 통해 젤라틴 복합 습식부직포의 표면을 관찰하였고, 실크섬유의 중량이 증가함에 따라 고밀도화 되고 기공의 크기가 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
의 경우 5-125 ㎛의 범위를 나타내는 것을 확인하였다. 바인더 섬유가 첨가된 부직포의 경우 AG₉₀B₁₀이 5-215 ㎛로 바인더를 첨가하지 않았을 때 보다 기공크기 분포가 미미하게 좁아진 것을 확인하였고, AG₆₃S₂₇B₁₀이 0-105 ㎛로 가장 좁은 범위의 기공분포를 나타내는 것을 확인하였다.
바인더섬유가 첨가된 후 알지네이트-젤라틴섬유와 실크섬유 사이 바인더섬유가 매우 잘 혼재된 것을 확인할 수 있었으며, 고밀도화가 이루어져 섬유결속이 증대되고 기공의 크기가 작아지는 것을 확인하였다.
젤라틴 복합 습식부직포를 제조 하기 위해 사용한 주체 섬유인 알지네이트-젤라틴, 실크섬유와 바인더섬유인 PVC 섬유의 평균직경을 알아보기 위해 Figure 3의 SEM 이미지 분석을 진행하였다. 섬유의 30 가닥의 직경을 측정하여 평균값을 측정하였으며, 알지네이트-젤라틴 섬유는 22.30 ㎛, 실크섬유는 11.60 ㎛, PVA 바인더섬유는 18.20 ㎛의 평균 직경 값을 나타내는 것을 확인하였다.
알지네이트-젤라틴 섬유와 실크섬유의 무게비를 조절하거나 바인더 섬유의 사용 유무에 따른 특성 분석을 진행하였다. 알지 네이트-젤라틴 섬유와 실크섬유를 이용한 젤라틴복합 습식부직포는 실크섬유의 함량이 증가할수록 기공의 분포가 줄어들고 강도가 증가하는 경향을 나타내었고, 이러한 젤라틴 복합섬유에 PVC 바인더를 첨가하면 기공의 분포가 줄어들고 강도 및 인장 탄성율이 증가한 것을 확인하였다.
인장강도는 실크의 중량이 증가할수록 증가하는 것을 확인할 수 있었고, 바인더 첨가 후 보다 인장강도가 증가하는 것을 확인하였다. 최대 강도는 AG₆₃S₂₇B₁₀부직포가 5.
평균 기공크기는 실크의 중량이 증가할수록 111.6 ㎛에서 56.4 ㎛로 기공의 크기가 감소하였고, PVA 바인더 첨가 후 기공 크기가 97.9 ㎛에서 51.0 ㎛로 더욱 감소하는 것을 확인하였다. 이것은 직경이 작은 실크 섬유가 알지네이트 섬유와 잘 혼재되어 기공의 크기가 감소하는데 영향을 미치고, 바인더섬유가 섬유 사이의 기공을 작게 하였기 때문에 기인한 것으로 보인다.

후속연구

이것은 실크 및 바인더 섬유에 의해 결속력이 강화된 효과에 기인된 것이다. 주체 섬유인 알지네이트-젤라틴 섬유와 실크섬유의 무게비 또는 바인더 섬유의 첨가 유무, 첨가된 양을 조절하여 기공이 균일하면서 크기를 조절할 수 있었으며, 기공크기가 조절 가능한 다양한 마스크팩 제조에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마스크팩의 종류는 무엇이 있는가?	마스크팩의 종류에는 야채나 과일의 박판을 안면 등에 부치는 일반적인 방법외에 도포 후 피부에 형성된 피막을 떼어내는 필오프형(peel off type)2,3), 점토 등과 같이 건조 후 물로 씻어내는 워시오프형(wash off type)4,5), 화장품으로 적신 부직포를 안면에 부치는 부직포형4) 등이 있지만 야채나 과일등의 박편을 붙이는 방법은 부치기가 쉽지 않고, 움직이면 떨어지는 결점이 있으며, 필오프형과 워시오프형은 건조 후 떼어내거나 씻어내는 불편이 있다. 이중 휴대 및 사용이 간편한 시트타입 마스크팩의 성장세가 두드러지고 있다.
	스킨케어는 어디에서 처음으로 시작되었는가?	미용분야에서도 특히 스킨케어는 고대부터 인류와 오랜 역사를 공유하고 있다. 스킨케어는 로마와 그리스에서 처음 시작되었고, 여성은 보리와 콩과 같은 곡물을 꿀, 꽃 및 야채 주스로 갈아서 섞은 다음 파우더를 얼굴에 바르고 다음날 우유로 씻기 시작하면서 시작되었다1).
	시트타입 마스크팩의 지지체로 주로 사용되는 것들은 무엇인가?	이중 휴대 및 사용이 간편한 시트타입 마스크팩의 성장세가 두드러지고 있다. 시트타입으로는 지지체로서 Polypropylene(PP)1), polyethylene terephthalate(PET)1), polyvinylacetate(PVA)6,7)와 같은 합성섬유를 사용하여 제조된 부직포가 주로 사용된다.

참고문헌 (12)

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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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