ISSN 2288-9728 DYETEC VISION 163th 2 Technology Evolution Leader 기술정보지 다이텍 비전 163th 2020. 5 May DYETEC VISION 기술과 인재로 미래를 펼쳐갑니다 다이텍연구원은 인재와 기술을 바탕으로 미래의 산업을 발굴하고 정보의 장 차별화 된 섬유소재 기술 개발 및 원천기술 확보를 주도하며, 04 티트리 오일 / 에틸 셀룰로오스 마이크로캡슐 탑재 항균 직물 관련기업의 기술 성장을 리드하여 10 초고분자량 폴리에틸렌 3축 브레이드의 기계적 열적 거동 : 구조 파라미터의 영향 20 유한요소법을 이용한 브레이드 관 구조의 팽창 거동에 대한 기계적 분석 인류와 사회에 공헌하는 일류연구원이 되도록 34 다양한 Apocynum venetum 폴리락틱산 / 나노 셀룰로오스 나노섬유 필름의 형태, 구조 및 항균 특성 비교 46 백색 면 / 천연 갈색 면 혼합 직물의 항균 특성 노력하겠습니다. 테마기획 53 퍼포먼스 향상을 위한 경영 수영복의 개발 59 반응성 N-Halamine 전구체로 배트 염색한 면직물의 항균 처리 66 변형된 질화붕소 나노시트 면직물의 난연 특성 78 호흡수 감지를 위한 개폐 구조를 가진 3차원 섬유 센서의 감지 효율 95 탄소포집 및 저장(BECCS) 잠재력을 지닌 바이오 에너지: 다양한 금속 촉매 활용 가스상 탄화수소 재생산과 열화학 처리를 통한 셀룰로오스 내 고순도 수소생산 기타동향 106 N3P3환망목(環網目)형태의 폴리포스파젠 생성과 그 용도(II) 113 천연 강황 염료를 사용한 면직물의 초음파 지속 초 저액비 염색 연구 124 4-Hydroxybenzophenone 기반 Mono Azo계 자외선 차단 산성염료의 합성, 특성 및 염색 성능에 대한 연구 133 액체 화염 스프레이를 통한 항균 직물의 고속 생산 142 연구원 소식 144 교육안내 DYETECVISION기술정보지 2020년 5월호 통권 제 163호 발행일 2020년 5월 1일 발행처 DYETEC연구원 발행인 최진환 편집 김상용 전화 053)350-3700 홈페이지 www.dyetec.or.kr 디자인・인쇄 디자인 집 070-8915-5996 대구시 서구 달서천로 92(평리동) | TEL : 053)350-3700(代) | FAX : 053)350-3888 2 3 4 소개 최근에는 에센셜 오일이 항균제, 항진균제, 항바이러스제, 보습제, 재생제 등의 성능뿐만 아니라 방향제 성분으로 인해 건강 관리 제품으로서의 개발에 더욱 많은 관심을 받고 있다. Melaleuca alternifolia의 잎에서 추출한 에센셜오일, 티트리 오일 (TTO)은 광범위한 항균성, 항염증, 항알레르기성, 진통제, 항산화 특징들 때문에 일반적으로 의학적 목적으로 사용된다. 또 정보의 장 1 한 여드름, 피부트러블, 곰팡이 감염 등에서도 사용되고 있다. 그러나 TTO의 휘발성, 낮은 용해성, 그리고 공기, 빛, 고온에 서의 불안정성 등의 이유로 TTO는 실제 사용에 있어서 제한적이다. 이러한 문제를 극복하기 위해서 오일은 일반적으로 마이 크로캡슐, 마이크로스피어, 나노에멀젼, 코팅과 같은 콜로이드 시스템에 캡슐화 된다. 마이크로캡슐화 기술에서는 활성 물질 또는 중심 물질이 매우 작은 크기의 적합한 고분자 막으로 덮여 있다. 이 기술은 섬유, 농업, 제약, 식품, 화장품 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 또한, 다양한 중심 물질 (예: 항균제, 약품, 염료, 향료, 화재지 티트리 오일 / 에틸 셀룰로오스 연제, 오일, 비타민, 방충제, 상변화 물질)이 섬유산업에서 캡슐화되어 사용되고 있다. 또한 매우 다양한 마이크로캡슐화 기법 을 이용할 수 있다 (예: 에멀전 중합, 계면 중합, 현장 중합, 코아세르베이션). 이중 단순하거나 복잡한 형태로 나뉘는 코아세 마이크로캡슐 탑재 항균 직물 르베이션은 하나 또는 많은 하이드로 콜로이드의 상분리에 기초한다. 이 방법에서는 젤라틴, 몰토덱스트린, 키토산, 알긴산나 트륨, 아라비아고무, 에틸셀룰로오스 및 이와 유사한 물질들이 일반적으로 막 물질로 선호된다. 본 연구의 목적은 TTO/EC 마이크로캡슐로 처리된 일회용 항균성 직물 표면을 얻는 것이다. 직물 표면에 오일을 직접 도포 하기가 어렵기 때문에 TTO/EC 마이크로캡슐이 사용되었다. 먼저, AATCC TM147에 따라 대장균 및 황색 포도상구균 박 테리아에 대항하여 TTO의 항균 활성을 조사하였다. 그 다음, 간단한 코아세르베이션법을 이용하여 TTO/EC 마이크로캡 슐을 제조하고, 마이크로캡슐은 광학 현미경, 주사 전자 현미경 (SEM) 및 Fourier transform infrared-attenuated total reflectance (FTIR-ATR) 분석 및 이들의 항균 활성을 통해 특성화되었다. 특성화된 마이크로캡슐을 패딩에 의해 100% 면직물 시료에 최종적으로 적용하였고, 그 시료를 FTIR-ATR 및 SEM 분석을 통하여 검사하고 항균 활성은 AATCC TM100에 따라 대장균 및 황색 포도상구균에 대해 평가되었다. 물질과 방법 물질 TTO (Huile Essentielle bio organic essential oil Melaleuca alternifolia, Florame), ethyl cellulose (viscosity 4 cP, 5 % in toluene/ethanol 80:20, extent of labeling : 48 % ethoxyl, Sigma-Aldrich), ethyl acetate (Merck), surface active agent (Tween 20, Merck), ethyl alcohol (ethanol, 96 %, Merck), 및 high shear mixer (L5M, Silverson)를 사용하여 마이크로캡슐을 제조하였다. 모든 화학 물질은 추가 정제 없이 사용 되었다. 적용 공정에서, 100% 면직물 (46 thread/cm warp, 22 thread/cm weft, 270 g/m2) 및 실험실 규모 시료가 사용되었다. 직물은 공급 업체 Matersa Textile에 의해 크기가 조절되고, 세척되고 표백되었다. 방법 TTO/EC 마이크로캡슐은 다음과 같은 간단한 코아세르베이션법을 사용하여 제조되었다. 2개의 상 (유기 및 수성)을 별도로 제조하였다. 유기상을 위해, 에틸셀룰로오스 2g을 에틸아세트 중 TTO 용액 10 % (w/v)의 10 mL에 천천히 첨가하고 교 반기와 혼합하였다. 에틸셀룰로오스가 완전히 용해될 때까지 교반을 진행하였다. 수성 상의 경우, 4% (w/v) Tween 20을 10% (w/v) 물 중의 에틸아세테이트 용액에 첨가하고 high shear mixer를 이용하여 10,000rpm으로 10분 동안 교반하 였다. 이어서, 유기상을 수성상에 한 방울씩 첨가하고 60분 동안 10,000rpm으로 교반하였다. 마지막으로, 50mL의 냉수 (10 ℃)를 에멀젼에 첨가하고 15분 동안 교반하여 완벽하게 상 분리시켰다. 마이크로캡슐을 여과하고, 에탄올로 세척하고 잇 달아 물로 세척 후 실온에서 건조시켰다. 초록 50 g/L의 마이크로캡슐을 함유하는 용액을 패딩에 의해 실험실 유형 섬유상의 직물 시료 (20 x 30 cm)에 적용하였다. 시료 를 90 % 픽업까지 압착하고 실온에서 건조시켰다. 생성된 직물 시료는 일회용으로, 가교제는 적용에 사용되지 않았다. 이 실험의 목적은 티트리 오일/에틸 셀룰로오스 (TTO/EC) 마이크로캡슐의 적용을 통해 일회용 항균성 면직물을 얻는 것이 다. 이를 위해, 주사전자현미경 (SEM) 및 Fourier transform infrared-attenuated total reflectance (FTIR-ATR) 분석을 통해 TTO/EC 마이크로캡슐을 제조하고 특성화하였다. 그 후 특성화된 마이크로캡슐을 패딩방법을 통해서 100% 면 마이크로캡슐 특성 직물 시료에 적용하고 FTIR-ATR 및 SEM 분석으로 조사하였다. 또한, 대장균 및 황색 포도상구균 박테리아에 대해 TTO, 광학 현미경 TTO/EC 마이크로캡슐 및 직물 시료의 항균 활성을 평가하였다. 결과는 마이크로캡슐이 성공적으로 제조되고 직물 시료에 적 용매 내에서의 마이크로캡슐의 존재와 표면 형태학은 광학 현미경 (Novex)을 사용하여 살펴보았다. 용되었음을 보여 주었다. 또한 직물 표면에서 표적 항균 활성은 허용 가능한 수준이었다. 4 티트리 오일/에틸 셀룰로오스 마이크로캡슐 탑재 항균 직물 5 6 FTIR-ATR 마이크로캡슐의 FRIR-ATR 분석은 처리 및 미처리된 직물 시료와 원료 그대로의 TTO를 사용하였고 Perkin–Elmer 분광 광도계 (400 스펙트럼)를 사용한 전송 방법으로 도출되었으며 400-4000 cm-1의 범위에서 이루어졌다. 적외선 스펙트럼의 해상도는 4 cm-1 이며 각각의 스펙트럼에 대해 4번의 스캔이 이루어졌다. SEM TTO/EC 마이크로캡슐과 처리된 시료는 SEM (Zeiss Evo LS10)을 사용하여 조사되었다. 분석 전 시료에 금을 도포하여 전 도성을 가지도록 하였다. 항균성 섬유 시료들의 항균성 또한 TTO와 마찬가지로 그램 음성 (대장균, ATCC 35218) 및 그램 양성 (황색 포도상구균, ATCC 6853) 박테리아에 대해 조사 되었다. 동결건조 되어있는 박테리아는 tryptic soy broth (TSB)에서 37 °C, 24시간 배양 Fig. 2. TTO에 대항하는 항균 활성 (a) 황색포도상구균 및 (b) 대장균 박테리아. 후 영양 한천 배지로 옮겨졌다. TTO 및 TTO/EC 마이크로캡슐의 항균성은 AATCC TM147 (한천 배지 확산 시험)을 이용 하여 정성적으로 평가되었다. 이 시험은 특정 박테리아 균주 접종된 한천에 놓인 시료 주변 및 시료 아래에서 박테리아 성장 의 평가에 기초한다. 세균성 현탁액은 영양 배양액에서 준비 되어지며 pH 7 정도의 완충액으로 희석되었다. 표준화된 농도 약 1.5-3×105 CFU/mL 로 한천 플레이트에 적용되었고, 24시간 동안 37°C 에서 접종되었으며, 검사할 시료를 그 위에 위치 시켰다. 배양 후, 평가는 시료 하에서의 박테리아의 성장 평가 및 시료 주변의 억제구역의 크기로 이루어졌다. 처리 및 미처리 직물 시료의 항균 활성은 AATCC TM100 (쉐이크 플라스크 방법)을 사용하여 정량적으로 평가되었다. 이 실 험에서는 100 mL의 영양액 (NB)과 37 ± 1 °C에서 24시간 동안 배양하는 실험 조건이 사용되었다. 박테리아의 농도는 NB 2×105 cells/mL 까지 조정되었다. 그 후 희석된 접종물 1 ± 0.1 mL를 각 시료에 위치시켰다. 시료는 37 ± 1 °C에서 24 시간 동안 배양되었다. 배양 기간 후, 100 mL의 생리적 완충 용액 (8.0 g의 NaCl, 0.2 g의 KCl, 1.15 g의 Na2HPO4, 및 1 L의 증류수 중의 0.2 g의 KH2PO4)을 더해주고 시료를 볼텍스를 사용하여 혼합해 주었다. 살아있는 박테리아의 수를 결정하기 위해 연속희석 평판 계수법을 사용하였다. 24시간 동안 배양 후, 박테리아의 감소량 (R)을 다음과 같은 식으로 계산 할 수 있다. R = 100 (B – A) / B A는 병에서 24시간 동안 배양된 접종 처리된 시료에 대한 박테리아의 회복량이며, B는 접촉 시간이 0인 접종 처리 시료에 대 한 박테리아의 회복량이다. 모든 측정은 ~24 °C 및 55 %의 상대 습도의 생물학적 실험 환경에서 진행되었으며 4번 반복하여 진행되었다. Fig. 3. TTO/EC 마이크로캡슐에 대항하는 항균 활성 (a) 황색포도상구균 및 (b) 대장균 박테리아. 결과 및 토의 TTO 특성화 TTO의 FTIR-ATR 스펙트럼은 Fig. 1에 주어져 있 다. terpinen-4-ol, α-terpineol, γ-terpinene 및 α-terpinene과 같은 TTO의 주요 구성 요소는 방향 족 구조의 존재이다. TTO는 C-O-C 방향족 고리로 인해 650-1000 cm-1 에서 많은 진동을 가진다. 또한 1000 (C-O-C 스트레칭), 1100 (C-O 스트레칭), 1400 (C=C 스트레칭), 1700 (C=O 스트레칭), 2900 (C-H 스트레칭) 및 3400 cm-1 (O-H 스트레칭) 에서 특성 진동을 가진다. AATCC TM147을 사용한 TTO의 항균 활성 결과는 Fig. 2 에 주어져 있다. TTO에 의해 황색포도상구균 및 대장균에 대항하여 형성된 억제 구역은 각 31 및 24 mm 였다. 따라 Fig. 1. TTO의 FTIR-ATR 스펙트럼. 서, TTO는 시험된 박테리아 둘 다에 대해 높은 항균 활성을 Fig. 4. TTO/EC 마이크로 캡슐의 (a) 광학 현미경 및 (b) SEM 이미지. 가졌다. 6 티트리 오일/에틸 셀룰로오스 마이크로캡슐 탑재 항균 직물 7 8 Fig. 5. TTO, TTO/EC, 및 EC의 FTIR-ATR 스펙트럼. Fig. 7. TTO/EC 처리 및 미처리된 직물의 FTIR-ATR 스펙트럼. TTO/EC 마이크로캡슐 특성화 AATCC TM147에 따른 TTO/EC 마이크로캡슐 항균 활성 결과는 Fig. 3에 주어져 있다. TTO/EC 마이크로캡슐에 의해 황색포도상구균 및 대장균에 대항하여 형성된 억제 구역은 각 16 mm 및 12 mm 였다. 마이크로캡슐 또한 항균 활성을 가졌 지만 EC로 캡슐화될 때 TTO의 활성은 감소하였다. 필터링 전 마이크로캡슐 용액으로 찍은 광학 현미경으로부터의 이미지와 TTO/EC 마이크로캡슐의 SEM을 Fig. 4에서 볼 수 있다. TTO는 입자 크기가 1-12μm인 EC로 캡슐화 되었다. 또한, 마이크로캡슐은 구형 및 매끄러운 윤곽을 가졌다. TTO/EC 마이크로캡슐의 FTIR-ATR 스펙트럼은 중심 물질 (TTO) 및 막 물질 (EC) 비교를 Fig. 5에서 볼 수 있다. 마이 크로캡슐은 중심 및 막 물질 모두에서 중요한 신호를 갖는다. EC는 3300 (O-H 스트레칭), 2900 cm-1 (C-H 스트레칭), 1370 (C-H 스트레칭), 및 1100 cm-1 (C-O 스트레칭)에서 문헌에 주어진 것과 유사하게 중요한 투과 밴드를 갖는다.