본 연구는 출토직물의 세척을 위한 천연계면활성제 선정을 위하여 그 특성과 세척성을 알아보는데 목적이 있다. 이를 위해 대조군으로 합성계면활성제인 SDS (Sodium dodecyl sulfate)와 천연계면활성제 중 LES (Disodium laurethsulfosuccinate), apple wash (Sodium cocoyl apple amino acids), tea saponin (Saponin), cornacopa (Decyl glucoside), coco betain (Cocamidopropyl betaine) 등 5종을 선별하여 계면활성제의 FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) 분석으로 구조를 확인하고, pH와 표면장력 측정으로 특성을 파악하였다. 인공오염포 4종과 출토직물편에 대한 세척성 실험을 수행하였다. 그 결과 인공오염포에 대해서는 apple wash, tea saponin, cornacopa가 세척성에 있어서 SDS만큼 좋은 것으로 나타났으며 출토직물편에 대해서는 tea ssponin과 coco betain의 세척성이 좋은 것으로 나타났다. 따라서 세제의 안전성과 세척성을 감안할 때 천연계면활성제 중 tea saponin이 출토복식 세척을 위한 천연계면활성제로써 적합한 것으로 사료되었다.
화장품산업에서 보습 효과를 오랫동안 지속시키기 위해 보습제로 히아루론산, 글리세린 등 많은 원료가 개발과 연구되어지고 있다. 이번 연구에서는 보습제 원료가 아닌 계면활성제를 변경함에 따라 피부의 보습 및 경피수분손실량의 변화에 대해 연구 하였다. 특별히 계면활성제의 종류는 천연계면활성제, Lecithin 계면활성제, Polyglyceryl ester계열 계면활성제, PEG계열 계면활성제, PEG계열 W/O 계면활성제 등으로 이 들의 계면활성제의 변화에 따라 피부의 보습 및 경피수분손실량의 변화를 확인하였고, 계면활성제 중에서 Lecithin surfactant를 사용했을 때 가장 우수한 결과 값을 확인 하였다.
계면활성제는 상간의 경계면 활성화를 통한 표면장력의 강하능력을 가져 모든 세제(detergents)와 화장품(cosmetics)에 사용되는 필수 주원료이다. 합성세제란 석유화학계의 EO (ethylene oxide), LAB (linear alkylbenzene) 등의 합성계면활성제로 제조한 제품으로 이는 난분해성으로 지구환경, 특히 하천과 강물오염의 주범으로 생태계파괴의 원인이 되고 있다. 이는 또한 분자가 작아 침투력이 강해 피부를 자극하여 아토피피부염을 유발하고 모세관을 통해 기관으로 들어가면 암을 유발할 수도 있다. 최근 합성계면활성제를 대체할 수 있는 양친매성의 생분해성 친환경 및 무자극의 다기능성물질로서 천연 계면활성제 또는 생합성의 생물 계면활성제(biosurfactants)의 개발에 국제적인 관심이 고조되고 있다.
동일한 조건에서 순수한 물과 계면활성제인 DBS(dodecyl bezebe sulfonic acid) 25ppm을 첨가한 물에 대해 천연가스 하이드레이트를 제조시 가스의 함유량은 각각 80배와 160배로 2배의 차이가 발생한다. 이에 대해 본 연구에서는 결정 생성 형태의 관찰 및 $^{13}C$ NMR을 사용한 분광학적 구조 분석으로부터 이의 원인을 찾고자 하였다. 순수한 물과 DBS를 미량 함유한 물을 사용하여 whiskery 결정을 생성시킨 결과, 순수한 물을 사용한 경우보다 섬유 다발 형태가 매우 활발한 형태의 결정 형태로 가스하이드 레이트가 생성됨을 알 수 있었다. 또한 400MHz의 NMR을 사용한 분광학적 구조 분석으로부터 천연가스하이드레이트는 구조-I과 구조-II가 혼재된 결정 구조를 이루고 있음을 알 수 있었다. 또한 DBS를 함유한 물에 의해 제조된 천연가스하이드레이트는 arge cage를 많이 생성시키는 역할을 하는 분석 결과를 보였고 이것이 가스 함유량을 증대시키는 원인 중의 하나임을 알 수 있었다.
본 연구에서는 천연 유래의 코코넛 오일을 원료로 사용하여 2종류의 아미노산계 음이온 생체계면활성제 포타슘 코코일 글루타메이트(potassium cocoyl glutamate, CTK)와 소듐 코코일 글루타메이트(sodium cocoyl glutamate, CTN)를 합성하였으며, 합성한 계면활성제의 구조를 FT-IR, $^1H-NMR$ 및 $^{13}C-NMR$ 분석을 통하여 규명하였다. 합성한 계면활성제에 대하여 정적 및 동적 표면장력과 유화력 등의 계면 물성을 측정한 결과, CTK와 CTN 모두 계면 활성이 우수하고 계면 에너지를 낮추는데 효과적임을 알 수 있었다. 특히, CTK 계면활성제가 CTN 계면활성제와 비교하여 계면 에너지를 낮추는데 보다 효과적이었는데 이는 CTK가 소수성이 더 크고 계면활성제 단분자가 벌크 용액으로부터 공기와 수용액의 계면으로 이동하는 속도가 빨라서 공기와 수용액의 계면이 계면활성제 단분자에 의하여 더 짧은 시간에 포화되기 때문임을 알 수 있었으며, 생활용품이나 화장품 제조에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
조선시대 양반가의 장례시 매장방식은 회곽묘제를 사용하였으며, 그 유물들이 현대에 형태를 유지한 채로 출토되는 경우가 종종 있다. 그러나 그 내부에서 발견되는 섬유유물들은 예전에는 염직물이었을 것으로 예상되나 오랫동안 시즙과 수분에 의해 오염되어 고유의 색상 및 물성에 변화를 일으킬 수 있다. 이러한 오염은 출토 후에도 계속적으로 유물의 변퇴색 및 열화에 영향을 미칠 것으로 예상되므로 적합한 세척이 요구된다. 따라서 본 연구는 습식세척 후 출토염직물의 색변화를 최소화할 적합한 세정조건을 조사하기 위하여 적색계 7종, 청색계 1종, 황색계 6종, 녹색계 4종, 자색계 4종의 천연염색 염색포(견과 면)을 만들어서 이를 돈육과 함께 6개월간 냉장보관한 후 꺼내어 물, 음이온계면활성제(SDS), 비이온계면활성제(TritonX-100), 천연계면활성제(Saponin) 등 4종의 세정액를 이용하여 $20^{\circ}C$와 $40^{\circ}C$의 온도에서 습식세척하여 염직품들의 색상변화에 대한 영향을 조사하였다. 그 결과 색상의 변화는 세정온도, 섬유소재, 세정제, 이용한 염료의 종류에 따라 차이를 나타내었다.
Clinoptilolite형 천연 제올라이트를 가열처리하거나 화학적 처리를 한 후 pH가 조정된 계면활성제 수용액에서 Batch법으로 Cu(II)의 흡착실험을 하여 각각의 처리에 따른 흡착성능 실험에 대해 비교하였다. $400^{\circ}C$ 이상에서 가열 처리된 천연 제올라이트는 XRD 등의 분석 결과, 제올라이트의 주 결정구조가 붕괴되어 양이온 교환능력(Cation Exchange Capacity)이 감소하며 흡착능도 저하되었다. 수용액의 pH가 산성인 경우 가열처리 및 화학처리한 제올라이트에서 Cu(II)의 흡착은 전반적으로 감소하였으나 NaOH 및 NaCl로 처리했을 때의 흡착능은 증가하였다. 음이온 계면활성제, LAS 수용액에서 Cu(II)의 흡착율은 처리방법 및 pH에 따라 증가 또는 감소하였고 비이온 계면활성제, POE AE 수용액에서 pH에 따른 흡착율의 변화는 미세하였다.
피혁 제조 공정에서 계면활성제는 세정목적, 분산성 그리고 고착성 등을 부여하기 위해 사용되고 있다. 그러나 기존의 피혁 공정에서 사용되고 있는 계면활성제는 친수성기가 다량 포함되어 있어 향후 피혁 시장에서 요구될 것으로 기대되는 내오염성, 내수성, 내구성 통의 고기능성 특성을 재현하는데 문제점이 있다. 본 연구에서는 기존의 탄화수소 계열의 계면활성제의 문제점을 보완하기 위해서, 탄소-불소의 강한 결합에너지로 인한 표면장력 감소, 분산력 증대, 세정효과, 크롬 흡착력 증대 등의 특성을 나타내는 불소계 계면활성제를 제조하였다. 불소계 계면활성제의 사용으로 피혁 제조 공정의 분산성 증대, 침투력 상승 및 결합력을 향상시켜 크롬 흡착률 증가, 탄닝 폐수 배액의 크롬 함량 감소, 생물학적 산소 요구량, 화학적 산소 요구량의 함량 감소 및 물리적 특성이 향상되는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 석유계 폴리올을 대체하기 위하여 식물성 천연유인 피마자유를 개질한 천연유 기반 폴리올(Castor Oil based Polyol, COP)을 사용하여 폴리우레탄 폼을 합성하였다. 접촉각과 표면장력실험을 통해 계면활성제에 따른 석유계 폴리올과 COP와의 상용성을 측정하였다. 최적의 COP 함량과 계면활성제(surfactant)를 찾기 위해 COP 함량을 0 wt%에서 80 wt%까지 변화시키고, 계면활성제 L-580K, DC-5950, BF-2470를 사용하여 폴리우레탄 폼을 합성한 결과 COP의 함량이 30wt%이고 계면활성제로 BF-2470을 사용하였을 때 가장 우수한 기계적 물성을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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