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Journal of Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry - Vol. 53, No. 4

[ Article ]
Journal of Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry - Vol. 53, No. 4, pp.78-86
Abbreviation: J. Korea TAPPI
ISSN: 0253-3200 (Print)
Print publication date 30 Aug 2021
Received 24 Jun 2021 Revised 11 Aug 2021 Accepted 12 Aug 2021
DOI: https://doi.org/10.7584/JKTAPPI.2021.08.53.4.78

광원과 색상에 따른 종이 색의 노화 분석
민경은1 ; 문정언1 ; 박종문2,
1충북대학교 임산공학과, 학생
2충북대학교 목재종이과학과, 교수

Aging Analysis of Paper Depending on Light Source and Paper Color
Kyung-Eun Min1 ; Jung-Eon Moon1 ; Jong-Moon Park2,
1Department of Forest Products and Engineering, Chungbuk National University, Cheongju, Chungbuk, 28644, Republic of Korea
2Department of Wood and Paper Science, Chungbuk National University, Cheongju, Chungbuk, 28644, Republic of Korea
Correspondence to : E-mail: jmpark@cbnu.ac.kr (Address: Department of Wood and Paper Science, Chungbuk National University, Cheongju, Chungbuk, 28644, Republic of Korea)

Funding Information ▼

Abstract

Color is the first visual element recognized by the human eye. It is one of the methods for distinguishing objects by the response of the eyes caused by the wavelength of light, and has properties of color, luminosity, and saturation. Over time, paper changes color due to a variety of environmental factors. In particular, colored paper is affected by the temperature, humidity, and intensity of light in the storage area, resulting in discoloration. On the other hand, materials have different degrees of discoloration depending on color. Blue with shorter wavelengths in the visible light region is more resistant than red with longer wavelengths. The experiment was conducted based on a hypothesis that yellow or red paper might absorb short-wavelength light, and would be more affected than blue paper, which absorbs long-wavelength light with lower energy. A color stability evaluation experiment was performed using commercial colored paper and dye-coated paper. Light aging experiments were conducted using a color cabinet and an accelerated weathering tester. Color differences were measured using a color difference meter. The results showed that yellow paper had the largest difference in color and was most affected by light after aging ratrer than red paper and blue paper. Additives such as glyoxal and polyaluminum chloride affect the dye color aging but show different tendencies depending on the dye’s properties.


Keywords: Color, aging, light, yellow, blue, red, color difference, dye, UV, PAC (polyaluminium chloride), glyoxal

1. 서 론

색(color)은 사람의 눈에 가장 먼저 인식되는 시각적인 요소다. 빛의 파장에 의한 눈의 감각 반응으로 사물을 구별하는 특징 중 하나이며, 색상, 명도, 채도의 속성을 갖는다. 물리학적으로 색은 전자기파, 그중 가시광선과 관련이 있다.1) 이 가시광선을 프리즘을 사용하여 각 파장으로 나누면, 파장이 짧은 푸른색부터 붉은색까지 차례로 배열되어 무지개색이 된다. 우리는 그 가시광선 중 사물에 흡수되지 못하고 반사된 빛을 볼 수 있는 것이다. 예를 들어 Fig. 1에서 나타냈듯이 파란색을 관측했다면 그 사물은 보색 관계인 빨간색을 흡수하고 파란색을 합성한 색을 반사했기 때문에 우리 눈에는 파란색으로 볼 수 있는 것이다.


Fig. 1. 
Perceived color of a material depending on absorption and reflection of the light.

측색에 따른 색체계는 국제조명위원회에서 설정한 색 체계들이 있고, 산업에서 가장 활용도가 높은 것은 CIE 1931 색도도와 CIE 1976 L*a*b* 표색계이다. 본 연구에서는 CIE 1976 L*a*b* 표색계를 사용하였는데 CIE L*a*b* 색체계의 구조는 물체의 색은 밝기를 나타내는 L(0~100)축과 빨강-초록의 정도를 나타내는 a(a>0: 빨간 색깔이 나타남, a<0: 초록 색깔이 나타남)축, b(b>0: 노란 색깔이 나타남, b<0: 파란 색깔이 나타남)축으로 구성된다. 이때 2개의 서로 다른 물체색에 대하여 색정보 L, a, b값을 알고 있을 때 그 두 색 간의 거리를 색차(color difference)라 하며 ∆E로 표시한다. ∆E가 매우 작으면 우리 눈은 그 차이를 지각하지 못한다.2)

시간이 지남에 따라 종이는 여러 가지 환경요인에 의해 색이 변한다. 특히 색을 가진 종이인 색지는 보관 장소의 온도나 습도, 빛의 세기에 따라 영향을 받게 되어 퇴색이나 변색이 나타난다. 퇴색이란 색 성분의 분자가 흡수한 빛에너지 등에 의해 부서지거나 변형된 것이라고 말할 수 있다.3,4) 색을 내는 재료 중 광물은 규칙적으로 배열된 결정구조를 갖는데 이 결정구조는 빛에너지를 흡수해도 에너지가 같은 장소에 머무르기 어렵고 돌아다니기 때문에 퇴색이 적게 일어난다.5) 반면 화합물을 색 성분으로 갖는 재료들은 색상에 따라 퇴색의 정도가 다르게 나타난다. 일반적으로 빛에 의한 퇴색은 초기 퇴색 생성물이 2차적 광반응을 일으키기 때문에 광분해 생성물을 분리하여 그 구조를 분석하는 것은 어렵다. 색 안정성은 염료 자신 이외에도 염료의 농도, 염료의 입자크기, 화학적·물리적 구조 등에 영향을 받는다고 알려져 있다.6)

흡수한 빛에너지는 사라지지 않고 다른 형태로 변환되는데 일반적으로는 열에너지의 형태로 변환된다.7) 가시광선보다 파장이 짧은 빛은 에너지가 강하기 때문에 분자와 부딪히면 그것을 이온화시킬 수 있고, 가시광선보다 파장이 긴 빛은 에너지가 약해 분자를 이온화할 수가 없다.8) 가시광선 영역에서 짧은 파장을 갖는 푸른색 빛이 긴 파장을 갖는 붉은색 빛보다는 에너지가 강하기 때문에 에너지가 강한 단파장의 푸른빛을 흡수하는 붉은색 계열이나 특히 노랑계열의 색상들이 에너지가 약한 장파장의 붉은색 빛을 흡수하는 푸른색 계열의 색상보다는 더 퇴색이 클 것이라는 가정으로 색 안정성 평가를 통해 노화를 분석하고자 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 빨강, 노랑, 파랑 등 3원색의 염료 및 첨가제가 각 색상지의 색 안정성에 미치는 영향을 평가하기 위해 염료 및 glyoxal 가교결합제와 polyammonium chloride 응집제를 코팅한 코팅지를 제조하고 광노화하여 각 색상지 시료들의 색 안정성을 비교 분석하였다.


2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
2.1.1 종이 시료

시판되고 있는 평량 120 g/m2, 밀도 0.89 g/cm3의 빨강, 노랑, 파랑 색상지를 구입하여 사용하였으며 염료 및 첨가제 코팅지 제조를 위한 원지로 blotting paper (Gel blot paper, 20×20 cm, Whatman, USA)를 구입하여 사용하였다.

2.1.2 염료 및 첨가제

시판용 빨강, 노랑, 파랑(Levacell Red E 10B liquid 10, Levacell Yellow 5RC 10liquid, Pontamine Bond Blue B Liquid, Kemira, Republic of Korea) 염료를 구입하여 사용하였으며, glyoxal (Fenno Cote RC 5550, Kemira, Republic of Korea)과 polyammonium chlo-ride (Pax-10, Kemira, Republic of Korea)를 가교 결합제와 응집제로 사용하였다.

2.2 실험 방법
2.2.1 시편제조

(1) 상업용 색상지 시편제조

상업용 빨강, 노랑, 파랑 색상지로 D65 광원 아래 변화를 관찰하기 위해 색상지를 Fig. 2와 같이 시편크기 3 cm×6.5 cm로 제작하여 실험하였다. 색상에 따른 광원에 대한 염료의 색상 변화를 비교하기 위해 색의 3원색에 해당하는 시편으로 선정하였다. 그리고 광원에 대한 색상 변화 비교를 위해 시편의 반은 종이로 빛을 차단하였다.


Fig. 2. 
Samples of commercial colored papers.

(2) 염료 및 첨가제 코팅 색상지 시편 제조

Blotting paper를 10 cm×20 cm 크기로 제작하여 표면에 염료를 코팅하였다. 이때, 산화 전분은 50 g으로 모두 동일하게 투입하였고, 염료는 빨강, 노랑, 파랑색을 이용하여 호화액 대비 2.5%, 5%, 10%를 투입하였다. #0 bar를 이용하여 blotting paper 편면 1 g/m2로 코팅하였다. 코팅한 시편은 광원을 동시에 조사하기 위해 2 cm×3 cm 크기로 Fig. 3과 같이 제작하여 실험하였다.


Fig. 3. 
Dyed blotting paper sample by bar coating. (*numbers meant to be sample number)

염료 단독 코팅한 시편과 같이 blotting paper를 이용하여 10 cm×20 cm 크기로 제작하여 표면에 첨가제를 투입한 염료를 코팅하였다. 첨가제로는 glyoxal과 polyaluminium chloride (PAC)를 사용하였다. 본 실험에서 사용한 glyoxal은 물이 완전히 건조되어야 반응을 하는 첨가제로써 염료 간 cross-linker 역할로 사용하였다. 이에 물에 대해 강한 성질을 갖게 되어 염료 정착에 도움을 줄 것으로 판단되어 사용하였다. 그리고 또 다른 첨가제로 사용한 PAC은 응집제로서 염료에 첨가하였을 때 염료의 색이 진해져서 염료의 농도를 높였을 때 나타나는 정착효과를 기대하여 사용하였다.

이때, 염료는 위와 동일한 3가지 염료를 사용하여 산화 전분 호화액 대비 10%를 투입하였고, glyoxal을 산화전분 고형분 대비 2.5, 5.0, 10%로 투입 교반 후 #0 bar를 이용하여 blotting paper 편면 1 g/m2로 코팅하였다. 같은 방법으로 polyaluminium chloride (PAC)를 산화전분 고형분 대비 5, 10, 20%를 투입하고 코팅하였다. Table 1에 각 시편별 염료 및 첨가제 투입량을 정리하였다.

Table 1. 
Compositions of dye and additives (*weight % based on the solid weight of starch)
No. Dye (%) Glyoxal (%) PAC (%)
1 2.5 - -
2 5 - -
3 10 - - 
4 10 2.5 - 
5 10 5 -
6 10 10 -
7 10 - 5
8 10 - 10
9 10 - 20

2.2.2 노화 실험

(1) 컬러 캐비넷을 이용한 상업용 색상지, 염료 및 첨가제 코팅 색상지의 광노화 실험

그래픽아트, 사진, 섬유, 염색, 인쇄, 플라스틱이나 자동차 등 여러 산업에서 컬러 캐비넷을 이용하여 색차 테스트를 수행하고 있다. D65, TL84, F, UV 광원을 조건에 따라 선택하여 색상 비교실험을 할 수 있다. 따라서 본 실험에서는 Fig. 4와 같은 컬러 캐비넷(3nh Lighting, TILO, China)을 사용하여 상업용 색상지는 D65 광원(6500 K, 18 W)으로 시료까지 약 550 mm 거리로 24시간, 120시간 조사한 후 색차를 측정하였고, 염료 코팅지는 UV 광원(wave length 365 nm, 20 W)으로 Fig. 3의 시편을 준비하여 168시간(7일) UV광원을 조사하여 실험하였다. UV조사 전 샘플을 대조군으로 하여 24시간 마다 색차를 측정하였다. 컬러 캐비넷에는 다른 빛의 방해를 방지하기 위해 암막커튼으로 빛을 차단하고 실험하였다.


Fig. 4. 
Color assessment cabinet.

(2) 촉진노화시험기를 사용한 가속 노화실험

컬러 캐비넷을 이용한 광노화 실험은 168시간을 실시하였고, 보다 장기간의 노화 현상을 분석하기 위해 촉진노화를 48시간 실시하였다. 촉진노화 48시간은 일반적인 노화로 볼 때 약 수개월에 해당한다. 물론 지종이나 환경에 따라 촉진노화 현상이 달라지므로 일반적인 노화기간을 확정지을 수는 없다.

종이를 생산한 후 사용할 때까지 운송, 보관하는 기간이 길 수도 있다. 따라서 일반적인 노화에 비해 장기간 빛에 노출되었을 때 색변화를 분석할 필요가 있다. 촉진노화는 노화가 되는 정도의 차이를 알기 위해 인위적으로 노화를 촉진시키는 실험이다. 본 시험기는 노화를 유발하는 단파장의 UV뿐만 아니라, 온도, 이슬효과, 강후 등 현상도 시뮬레이션이 가능하다. 촉진노화에 의한 색변화를 관찰하기 위해 Fig. 5의 촉진노화시험기(QUV Weathering Tester, Q-LAB, USA)를 이용하여 대조군 대비 24시간, 48시간 후의 색차를 측정하였다. 이 실험도 일반 노화실험과 크기가 동일한 샘플을 이용하여 측정하였다. 본 실험에서는 ISO 5630/3의 규정에 의거한 온도 60℃, UVA-340, UV Irradiation 0.77 W/m2/nm으로 설정하고 진행하였다.


Fig. 5. 
Accelerated weathering tester.

2.2.3 노화특성 분석

컬러 캐비넷을 이용하여 광원을 조사한 시편에 대해 색상변화를 측정하기 위해 색차계(Color-Eye 7000A, X-Rite, USA)를 이용하여 색차를 측정하였다. 시험시편과 표준시편간에 존재하는 색차를 정량적으로 측정하는 방법으로, 색상의 차이를 CIE 1976에서 제안한 색좌표로 계산하였다. 여기서 CIE 1976 표색계는 1976년 국제조명위원회에서 L*, a*, b*의 색공간을 사용하는 색좌표를 제안한 것으로써 색오차와 색차이를 표현하기 위해 주로 사용된다. 색차(∆E)는 다음 식 [1]에 의하여 계산하였다.

E=L*2+a*2+b*2[1] 

3. 결과 및 고찰
3.1 상업용 색상지 일반 광 노화 실험

시판 색상지는 D65 광원을 24시간, 120시간 조사한 뒤 각각 변화를 관찰하였다. 광원을 24시간 조사한 값을 측정하고 기준시간으로부터 120시간 조사 후의 결과를 Table 2에 나타냈다. 이때 다른 빛의 영향을 차단하기 위해 빛을 차단한 상자에 넣어 이동하였다. L*값을 비교했을 때 노란 색상지가 가장 높은 값을 나타내었고 빛을 조사한 시간이 증가할수록 L*값이 증가했다. 이는 노란 색상지가 다른 두 색에 비해 명도가 높은 색이고 빛에 대한 영향을 가장 많이 받았다는 것을 알 수 있었다. 시간이 지남에 따라 노란 색상지의 a값은 감소하였는데 이는 greenish하게 변색했다는 것을 알 수 있었다. 그리고 b값의 변화는 거의 나타나지 않았다. 빨간 색상지에서는 L*값이 증가하였고 a*값과 b*값은 거의 변화가 없었다. 파란 색상지는 L*값의 변화는 거의 없지만 a*값과 b*값이 모두 증가하였다.

Table 2. 
L*a*b* value changes of commercial colored paper samples depending on aging time
Time (hr.) Red Yellow Blue
0 24 120 0 24 120 0 24 120
L* 40.22 40.60 41.11 78.42 79.54 80.52 38.26 38.42 38.33
a* 39.67 39.69 39.41 15.10 12.03 9.81 -6.32 -5.99 -5.25
b* 14.15 13.96 14.12 56.38 55.43 55.76 -19.03 -18.41 -17.18
Where subscript vo represents complete gas phase, and subscript lo represents complete liquid phase.

광원을 120시간 조사한 후의 ∆E 값과 L*값을 Fig. 6에 나타내었는데 세 가지 색 모두 빛 조사 시간이 길어질수록 ∆E 값이 증가하였다. 색변화는 노란 색상지가 시간이 갈수록 ∆E 값이 가장 많이 증가하였다. 노란 색상지는 세 가지 색상 중 L*값이 가장 큰 값으로 색차도 가장 크게 나타났다. 그리고 빨간 색상지보다는 파란 색상지가 더 큰 색차를 나타냈는데 이는 본 실험에서 이용한 색상지는 상업용 지종이다. 색상을 구현하기 위해서는 여러 가지 염료를 혼합하여 조색하게 되는데 다양한 색의 염료 입자가 혼합되어 빛의 영향을 다르게 받은 결과라고 판단되었다. 현재까지 빛에 대한 각 색상의 거동은 구체적으로 밝혀지지는 않았지만, 염료입자가 흡수하는 파장대는 색상에 따라 다르기 때문에 이와 같은 결과가 나타났을 것이라 판단되었다.


Fig. 6. 
Color difference (ΔE) and L* value change of the commercial colored paper by UV aging for 120 hours.

3.2 염료코팅 시편의 UV 광 노화 실험
3.2.1 염료 코팅한 시편의 컬러 캐비넷을 이용한 광노화 실험

Blotting paper에 빨강, 노랑, 파랑 세 가지 색상의 염료를 각각 전분 양에 대해 2.5%, 5%, 10%를 첨가하여 코팅한 시료를 컬러 캐비넷에서 96, 168시간 UV를 조사하였다. 염료를 코팅한 시편은 보다 강한 열화조건을 만들기 위해 UV를 조사하였다. 측정한 L*a*b* 값을 Table 3에 나타냈다. 168시간 후 ∆E 값의 결과는 Fig. 7과 같았다.

Table 3. 
Color (L*a*b*) changes of dye coated papers depending on aging time
Time (hr.) Red dye 2.5% Yellow dye 2.5% Blue dye 2.5%
0 96 168 0 96 168 0 96 168
L* 39.06 40.62 40.54 74.85 75.68 75.48 40.57 39.31 39.34
a* 41.66 42.46 41.85 26.49 26.04 26.13 -8.29 -7.79 -7.65
b* 11.94 11.59 11.24 70.04 67.9 66.9 -17.54 -17.62 -17.24
 
Time (hr.) Red dye 5% Yellow dye 5% Blue dye 5%
0 96 168 0 96 168 0 96 168
L* 36.21 35.77 35.99 70.09 71.06 69.91 34.43 34.83 36.53
a* 37.15 35.58 35.36 34.14 33.36 34.44 -6.05 -6.1 -6.68
b* 11.77 11.93 11.56 69.44 68.58 67.52 -15.33 -15.55 -16.17
 
Time (hr.) Red dye 10% Yellow dye 10% Blue dye 10%
0 96 168 0 96 168 0 96 168
L* 34.79 35.6 35.51 65.68 65.5 65.58 30.49 31.22 30.74
a* 33.22 33.75 33.42 39.55 39.39 39.06 -4.24 -4.38 -4.1
b* 12.53 12.53 12.05 65.9 65.04 64.65 -12.84 -13.12 -12.72


Fig. 7. 
Color difference (ΔE) values of dye coated papers after 168 hours aging at the color assessment cabinet.

먼저 염료의 양에 따른 차이는 색상별로 차이가 있지만 전분 대비 10% 염료를 넣은 시료의 색차가 가장 작았다. 이는 염료의 양이 증가할수록 종이에 정착하는 염료의 양이 증가하여 색 변화가 작아졌다고 판단되었다. 색상 간 차이에는 시판 색상지와 마찬가지로 노란 색상지가 가장 큰 색 변화를 보였다. 반면에 전분대비 염료 5%를 넣은 시료에서는 파란 색상지가 나머지 두 색상에 비해 색변화가 크게 관찰되었다. Table 3의 결과로 보면 L*값인 명도가 다른 시료들에 비해 증가한 것을 알 수 있었다. 이는 염료가 불균일하게 도포된 결과라고 판단되었다.

3.2.2 염료 코팅한 시편의 촉진노화시험기를 이용한 광노화 실험

촉진노화 결과는 Fig. 8에 나타내었다. 일반 노화와 거의 비슷한 결과를 나타낸 파란 색상지와는 다르게 빨간 색상지와 노란 색상지에서는 색차값이 증가했다. 특히 노란 색상지는 컬러 캐비넷을 이용하여 UV조사를 했을 때 다른 두 색상과의 색차보다 촉진노화를 했을 때 색차가 현저히 크게 나타났다. 이와 같은 결과로 색강도가 약한 노란색이 장시간 노출 된다면 퇴색의 속도가 다른 색상에 비해 커질 것이라는 것을 알 수 있었다.


Fig. 8. 
Color difference (ΔE) values of dye coated papers after 48 hours aging by the accelerated weathering tester.

3.3 첨가제 투입 코팅 시편의 UV 광 노화 실험
3.3.1 첨가제 투입 시편의 컬러 캐비넷을 이용한 광노화 실험

염료에 첨가제를 투입하여 코팅한 시편의 색차값 결과는 Fig. 9에 나타내었다. 염료는 10%를 투입한 것을 기준으로 첨가제를 추가하였다. 이는 염료의 양이 증가할수록 색차는 감소하였는데 염료의 증가에 의한 색차 감소 효과가 아닌 첨가제가 색차에 어떠한 영향을 미치는지 관찰하기 위해 염료를 10% 투입한 후 첨가제를 추가로 투입하였다.


Fig. 9. 
Color difference (ΔE) values of dye coated papers with glyoxal addition after 168 hours aging.

색상별로 분석해보면 빨간 색상지에서는 glyoxal을 2.5% 첨가 시에는 오히려 염료만 넣은 시료보다 색차값이 컸지만 5%를 첨가하면 색차값이 감소하였다. 그리고 노란 색상지에서는 염료만 투입한 시료보다 모두 색차값이 증가하는 경향을 보였지만 glyoxal 투입량으로만 비교하면 2.5% 첨가한 시료보다는 첨가량을 증가시켰을 때 색차가 현저히 감소하는 경향을 나타내었다. 파란 색상지의 결과를 보면 염료 자체만 넣은 시료보다는 모두 색차가 증가하는 경향을 나타내었다. Glyoxal의 투입량을 증가시킬수록 색차가 커지는 결과를 나타내었다. 이와 같은 결과는 glyoxal이 염료와 만났을 경우 색차를 크게 감소시키지는 못하지만 색상별 염료의 특성에 따라 다른 경향을 보이는 것으로 판단되었다. 특히 노란 색상지에서 L*, a*, b*값이 가장 큰 변화를 보여 Fig. 10에 그 값들을 정리하였다. 시간이 갈수록 a*값과 L*값은 거의 변화가 없지만 b*값은 감소하는 경향을 보여 ∆E 값에 영향을 주었을 것으로 판단되었다.


Fig. 10. 
Color difference (ΔE) values, L*,a*,b* of yellow dye coated papers with glyoxal addition during 7 days aging.

전분 고형분 대비 5%, 10%, 15%의 PAC를 첨가한 L*, a*, b*와 색차값의 결과는 Fig. 11에 나타내었다. PAC는 주로 응집제로 사용하는데 염료 대비 5% 투입한 시료가 첨가량을 증가시킨 시료보다 색차값이 작게 나타났다. 이는 PAC의 첨가량이 증가하면 염료들의 과도한 응집으로 염료가 중첩되는 부분이 생겨 오히려 색차값을 증가시키는 원인이 되었다고 판단되었다. 이는 빛에너지가 염료 내에 들어갔을 때 바로 분산되지 못하고 UV를 흡수해 분자구조가 쉽게 끊어졌을 것이라 판단된다. 일반적으로 노랑과 빨강의 발색단은 UV를 흡수하여 쉽게 끊어져 퇴색이 쉽게 일어난다고 알려져 있다. 이와 같은 이유로 PAC는 오히려 색차를 증가시키는 원인이 되었을 것이라고 판단되었다.


Fig. 11. 
Color difference (ΔE) values of PAC additive coated paper after 168 hours aging.

3.3.2 첨가제 투입 시편의 촉진노화시험기를 이용한 광노화 실험

첨가제를 투입한 시편을 촉진 노화시켰을 때에도 염료 단독으로 투입한 시편에 비해 색차가 커지는 경향이 나타났다. Glyoxal과 PAC를 첨가하여 촉진 노화 48시간 후의 결과는 Fig. 12Fig. 13에 나타내었다. 컬러 캐비넷에서 UV 광원을 조사했을 때보다 더 크게 퇴색되었고 이 결과도 마찬가지로 노란 색상지가 다른 두 색상에 비해 큰 색차값을 나타났다. 노란 색상지에서 일반 UV 노화 했을 때 glyoxal 투입 후 색차가 증가한 결과보다는 촉진노화의 경우 glyoxal을 투입한 시편과 염료만 투입한 시편의 색차 값의 차이가 크게 나타나지는 않았다. 이는 촉진노화 시 일반노화보다 높은 온도에서 실험하였고, glyoxal은 건조한 경우 효과를 나타내는 첨가제로 온도가 높은 경우에는 색차를 안정화시키는 작용을 하는 것으로 판단되었다. PAC를 투입한 노란 색상지에서 보면 투입량을 증가시켰을 경우 염료만 투입한 시편보다 색차가 감소하는 것으로 나타났다. 이 또한 온도의 영향을 받았을 것이라고 판단되었다.


Fig. 12. 
Color difference (ΔE) values of dye coated papers with glyoxal addition after 48 hours aging by the accelerated weathering tester.


Fig. 13. 
Color difference (ΔE) values of dye coated papers with PAC addition after 48 hours aging by the accelerated weathering tester.


4. 결 론

본 실험은 에너지가 강한 단파장인 푸른빛을 흡수하는 노란색 종이의 노화가 가장 클 것이라는 가정 하에서 색 안정성 평가를 실시하였다. 상업용 색상지에 대하여 빛에 대한 노출 시간이 증가시켰을 때 3가지 색상 중 노란색 종이의 색차가 가장 크게 나타나는 것을 확인하였다. 이는 노란색 종이가 갖고 있는 염료의 불안정한 특성도 작용하지만 빛과 색의 기작에서 보면 단파장인 푸른빛을 흡수하고 그 외의 빛을 합성하여 색을 나타낼 때 장파장 빛보다는 에너지가 강한 단파장 빛의 흡수로 색변화가 더욱 촉진되었을 것이다. 이를 바탕으로 염료적용 실험결과 또한 다른 두 색상에 비해 노란색이 가장 큰 색변화를 보였고 염료의 투입양이 증가할수록 색차가 감소하는 경향이 나타났다. 이는 염료 간 결합력이 향상되어 색변화에도 영향을 미쳤을 것이다.

첨가제가 염료의 색 안정성에 영향을 미치는지 평가하기 위해 첨가제를 투입하여 실험한 결과 glyoxal을 첨가한 시료는 염료만 넣고 실험한 결과보다는 색차가 증가하였다. 마찬가지로 PAC를 투입한 시료에서는 염료 간 중첩효과로 색상의 안정성 증가를 예상했지만 과도한 응집으로 코팅 시 색 편차가 증가했을 것이라고 판단되었다. 또한 염료가 갖고 있는 분자 구조에 오히려 방해 요인이 되었다고 판단되었다. 이는 염료자체 농도 증가가 아닌 양이온 응집으로 색의 농도를 증가시킬 때 염료와 첨가제가 반응하여 중첩되는 부분이 빛에너지를 더 많이 흡수하고 분산을 빠르게 하지 못해 변화가 증가했을 것이라고 판단되었다.

현재 시중에서 널리 사용되는 염료 3가지를 선택하여 실험하였는데 노란색 염료는 다른 색상들에 비해서는 색강도가 약하고 명도가 높은 색상이다. 빨강과 파랑은 노랑보다 명도가 낮고 색강도가 노랑에 비해 강한 색상들이다. 본 실험은 색지의 노화에 대한 염료의 색상에 따른 빛의 영향에 대하여 실험하였는데 차후에는 염료의 농도, 회합도, 색의 명도조건의 영향을 고려하여 연구하는 것이 좋을 것으로 판단되었다.


Acknowledgments

이 논문은 충북대학교 국립대학육성사업(2020)지원을 받아 작성되었음.

This research was supported by Chungbuk National University, Korea National University Development Project (2020).


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