그래핀의 우수한 기계적, 전기적, 열적 성질은 최근 몇 년 동안 여러 연구 분야에서 지대한 관심을 불러일으켰다. 그래핀을 생산하는 대표적인 방법인 습식공정 중 액상박리(liquid-phase exfoliation, LPE)는 초음파 및 높은 전단응력을 이용하여 벌크흑연을 그래핀으로 박리하는 기술이다. 액상박리에 의해 생산된 그래핀 분산액은 그래핀 잉크로 전환되어 그 활용폭을 더 넓힐 수 있는 장점이 있지만 고품질의 그래핀을 생산하고 가격경쟁력을 확보해야 한다. 위 조건을 만족하기 위해서 그래핀을 효율적으로 박리할 수 있는 공정 확보와 더불어 상대적으로 가격이 저렴한 천연흑연 기반의 그래핀 분산액 및 잉크를 생산해야 한다. 본 연구에서는 합성흑연 보다 약 3배 정도 저렴하고 그 크기는7배 이상 큰 천연흑연을 흐름반응기 액상박리 공정을 이용하여 박리를 시도하고 공정의 최적화와 박리된 그래핀의 구조적, 전기적 특성을 분석하였다. 천연흑연 기반 그래핀의 전기적 특성을 분석하기 위해 잉크 정제화 공정을 거쳐 그래핀 잉크를 생산하고 인쇄 장비를 사용하여 그래핀 패턴을 제작하였다. 본 연구를 통해 보다 경제적인 그래핀 분산액 및 잉크를 생산하고 그래핀 인쇄 소자를 개발할 수 있는 방법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
많은 인쇄인들이 여름철 야간 인쇄작업 시 인쇄기 주위로 몰려드는 날벌레와 모기 때문에 원치 않는 어려움을 겪고 있다. 이러한 날벌레들은 작업환경을 열악하게 할 뿐만 아니라 인쇄기판에 빨려 들어가 인쇄품질을 떨어뜨리기도 한다. 실제로 인쇄작업을 하다 보면 벌레들이 기계에 빨려 들어가 인쇄판면에 벌레 자국을 남기거나, 약품으로도 잘 지워지지 않는 흔적을 만들곤 한다. 심한 경우에는 인쇄판을 새로 출력해야 하는 등 작업 능률을 떨어뜨리고 인력 낭비를 초래하기도 했다. 이를 방지하기 위해 불을 끄고 기계를 돌려보기도 했다는 하소연이 있을 정도다.
식물성 원료인 콩, 쌀이나 밀기울의 풀, 송진 등과 알긴산이 포함되어 있는 해조류는 예로부터 접착제로 사용되어 왔으며, 최근 친환경 소재 개발의 영향으로 천연바인더에 대한 기술개발이 큰 관심이 되고있다. 국내에서는 재지분야에서 천연바인더 기술개발이 이루어진 바 있으며, 잉크 고착제로써 개발이 시도된 적이 있으나 천연 바인더가 섬유의 염색가공에서 사용된 예는 거의 찾아보기 어렵다. 최근, 염색공정 중 날염시 염료와 섬유를 고착시키기 위해 로진을 천연바인더로 사용된 예가 있으나, 원료 추출의 어려움과 날염 후 접착력 및 끈적임 등의 문제로 인해 상용화에 필요한 기술개발이 문제로 남아 있다. 독일의 한 연구에 의하면 천연바인더로 녹말, 설탕, 셀룰루오스, 식물성 기름, 식물성 단백질 등이 합성 바인더와 비교 실험된 예가 있으며, 이런 천연바인더가 파이버보드(섬유판)에 사용되기도 하였다. 또한 미국의 바이오물질, 바이오시스템 공학과에서 옥수수대와 switchgrass를 이용하여 천연바인더를 개발하였으며, bridge 타입의 메카니즘을 연구한 바 있다. 천연바인더는 여전히 값비싸고, 바인더로서 섬유에 적용하기에는 딱딱한 단점이 있으며, 수분에 대한 저항력이 떨어져 추출에서부터 적용까지 전반에 걸쳐 기술개발이 필요한 분야이다. 본 연구에서는 셀룰로오스 섬유의 염색가공 공정에서 기능성 마이크로 캡슐을 부착할 수 있는 천연바인더를 개발하기 위하여 갈조류에서 알긴산을 추출하였으며, 알긴산이 셀룰로오스 섬유에 바인더로서 어떤 특징을 나타내는지에 대하여 연구하였다.
Due to the increase in consumers' interest about well-being, interest in eco-friendly products has been increasing due to the harmful effects of various harmful substances contained in textile products and environmental issues. As a result, natural dyes of less potential risk than synthetic dyes and digital textile printing(DTP) textile products with less environmental pollution are drawing attention. However, due to the lack of evaluation criteria for DTP textile products with natural ink and the nature of many colors are stacked layer by layer for dying, the need for simultaneous analysis is emerging. To evaluate whether the natural dye is derived from natural ingredients, the biocarbon content is analyzed. However, in the case of ink made using natural dyes and DTP textile products using natural ink, it is difficult to analyze the biocarbon content due to the limitation of the presence of a small amount of dye contained therein. In this study, we were shown the possibility of natural derived verification by cross-checking the analytes of natural dyes (Persicaria tinctoria, an indigo dye; Dactylopius coccus, a light red; and Curcum longa L., i.e., turmeric) and natural ink with HPLC-MS/MS. The coefficient of determination was 0.999 or higher, the limit of quantification was 0.647-3.664 ㎍/L and a %RSD of each indicator material was less than 10. Then, the extraction amount of natural dyes for five patterned fabrics was analyzed.
친환경 천연 소재에 대한 필요성이 증가하면서, 천연 염료에 대한 연구에도 많은 관심이 증가하고 있다. 자연에서 얻을 수 있는 천연 염료 중 하나인 커큐민(Curcumin)은 인체 무독성의 친환경 분자로, 강황에서 발견되는 원료 중 하나이다. 본 연구에서는 커큐민을 잉크화 한 후 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing) 방법을 통해 종이와 면직물에 프린트하여 암모니아 및 염화 수소 가스에 대한 색채 감지 거동 특성을 분석하였고, 이를 이용하여 음식물 부패여부를 확인할 수 있는 비색 센서로 제안하였다. 이를 위해 종이와 면직물에 프린트된 시료의 암모니아 가스 노출에 따른 색차를 비교하고, 가역성과 내수성을 확인하였다. 두 시료 모두 암모니아와 염화 수소에 대한 가역반응을 보였으며, 부패한 음식에서 발생하는 미량의 암모니아에 대해서도 육안으로 관찰할 수 있을 정도의 색상 변화를 나타내어, 식품 부패 비색 센서로 활용 가능함을 확인하였다.
인쇄형 TTI의 잉크로 천연물질인 안토시아닌의 적용 가능성을 확인하기 위해 실제 인쇄형 TTI를 제작하여 색 변화를 확인하였다. 안토시아닌은 반응속도가 느려 TTI에 적용이 어렵다. 이를 해결하기 위해 ${\beta}$-글루코시다아제를 이용하여 안토시아닌의 탈당화를 유도하여 보다 불안정한 안토시아니딘 잉크를 제작하였다. 그리고 인쇄형 TTI로 제작이 적합한지 확인하기 위해 인쇄적성을 확인하고 적용가능한 식품군을 탐색하였다. 실험결과, 인쇄적성의 경우, 틱소트로피의 히스테리시스 성질을 나타내어 인쇄적성이 적합한 것으로 확인되었다. 색 변화의 경우, 같은 온도와 pH 조건 하에서 안토시아닌 TTI의 색 변화 속도보다 안토시아니딘 TTI의 색 변화속도가 빠른 것을 확인할 수 있었다. 또한, 안토시아닌 인쇄형 TTI의 활성화 에너지는 65.21 kJ/mol, 안토시아니딘 인쇄형 TTI의 활성화 에너지는 86.92 kJ/mol로 확인되었다. 이는 ${\beta}$-글루코시다아제를 처리한 안토시아닌의 탈당화가 안토시아닌의 반응속도를 빠르게 할 뿐만 아니라, 활성화 에너지도 증가시킨 것으로 사료된다. TTI의 활성화 에너지와 식품의 활성화 에너지를 비교한 결과, 안토시아닌 TTI는 냉장 육제품에 한정적으로 적용 가능하였다. 반면에 안토시아니딘 TTI는 냉장 육제품과 냉장 어류에 적용 가능하였다. 하지만, 안토시아닌 TTI는 색 변화 종말점에 도달하는 시간이 길기 때문에 냉장 육제품에 적용이 어려울 것으로 사료된다. 반면 안토시아니딘 TTI의 경우, 색 변화 종말점에 도달하는 시간이 짧기 때문에 냉장 육제품과 냉장 어류에 적용이 가능할 것으로 사료된다.
산업용 포장재의 주원료로서 이용되고 있는 국산골판지고지(KOCC)는 반복적인 재활용 으로 인하여 섬유장이 짧고 매우 각질화된 상태이며, 펄프 내 미세분 함량이 50%이상에 달 하고 있다. 또한 섬유의 표면이 인쇄잉크, stickies 및 각종 이물질로 오염됨에 따라, 섬유자 체가 보유하고 있는 섬유간 결합 능력이 저하된 상태이다. 국산 골판지 고지를 재활용한 골판지 원지의 생산 시 탈수성 및 강도 저하의 단점을 극 복하는 것은 생산성과 품질향상의 측면이외에 고지 재생을 촉진시킨다는 의미를 지니고 있다. 상기한 KOCC의 단점을 극복하는 방안으로 섬유분과 미세분의 적절한 분급을 통하여 초지 시 탈수저향을 감소시키고 더불어 종이의 강도를 개선하는 방안이 본 연구센터에 의해 고안되었다. 아울러 고온압착건조 처리를 활용한 종이의 물성 개선법이 국내에 이미 적용된 상태로 건조시간의 단축 및 종이의 제반물성을 개선시켜주게 되었다. 하지만 이미 열화된 KOCC에 고온압착건조 처리를 적용하여 밀도를 증가시킨다 할지라 도 천연의 UKP를 이용한 종이에 준 하는 강도를 얻는 데에 한계가 있었다. K KOCC 펄프의 섬유간 결합 능력을 개선시키기 위하여 본 연구에서는 Kneading처리와 지력증강제를 첨가를 함께 실시하는 방안을 검토하였으며, 고온압착건조된 골판지 원지의 표면에 코팅처리를 실시하여 그 효과를 분석하였다. 이를 통해 국산 골판지고지를 재활용한 골판지원지의 강도 극대화 방안을 탐색하고자 하였다.
This study is aimed to a textile design with a motif of korean endemic plants and a method for printing it in an eco-friendly manner. The floral pattern with the motif of korean endemic plants was designed using Illustrator and Photoshop program. CMYK color, which is the basic color of Digital Textile Printing (DTP), is based on natural dyes, and various colors, achromatic colors and pastel tones are applied. As a result, half-linen and cotton were suitable as a result of designing and applying a floral pattern of a korean special plants. Also, as a result of analyzing the printing effect by colorway and DTP for each material, it was printed uniformly and the washing fastness was good. However, fastness of color change showed low, indicating that a follow-up study was needed. This study contributes to environmental conservation through eco-friendly printing and the korean endemic plants will be interested in people around the world beyond korea.
Natural dyes are more expensive than synthetic dyes and the dyeing process, which is mainly immersion of dye, is complicated. For this reason, relatively small-scale production methods were predominant. However, awareness and interest in environmental sustainability is rising globally, and the use of synthetic dyes causes various environmental problems such as wastewater and CO2 emission, so the consumption of natural dyes is increasing. In addition, interest in digital textile printing, an eco-friendly dyeing method that can produce products of various designs and uses less water, is growing. In this study, natural indigo dye (Indigofera tinctoria) was used as a raw material for Digital Textile Printing ink, and 14C (Biocarbon) present in it was measured to confirm whether it was derived from natural ingredients. The performance was confirmed by testing the pH, viscosity, electrical conductivity, surface tension, and particle size analysis of natural indigo ink. In addition, the performance of natural indigo DTP ink and printing fabric was evaluated by inspecting the change in color fastness and corresponding index substances before and after digital printing with natural indigo DTP ink on textiles. Through this, the possibility of commercialization of DTP ink and printing fabric using natural indigo was confirmed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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