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Trogamid 재질(템테이션, 대한민국) 및 polyetherimide 재질(템테이션, 대한민국)의 안경테 다리(temple)를 4 cm씩 절단하여 각 실험 조건별로 각각 4개 이상씩 사용하여 땀과 열에 노출시키지 않은 대조군과 구분하여 실험하였다.

25°C의 온도에서 sodium chloride(0.3%), sodium sulphate(0.1%), urea(0.2%), lactic acid(0.2%)의 비율로 인공 땀을 제조하였다.^[14] pH농도는 2N 수산화나트륨 용액을 이용하여 조절하였으며, 인공 땀의 pH농도는 pH 6.0±0.2로 제조하여 사용하였다. 인공 땀 제조와 관련된 시약은 모두 Sigma-Aldrich사(USA)의 제품을 사용하였다.

Trogamid 및 polyetherimide 재질 안경테 다리를 체온인 36.5°C에서 4주간에 거쳐 인공 땀에 노출시켰다. 4주라는 기간은 땀의 분비가 많은 여름철인 7월과 8월에 하루 11시간씩 착용하였을 때와 동일한 시간으로 설정하였다. 인공 땀의 변질을 막기 위해 매주 새로운 인공 땀을 교체해주었으며, 총 4주 동안 노출 후 증류수를 사용해 표면을 행군 뒤 24시간 이상 자연건조를 진행하였다.

4 cm씩 절단된 안경테 다리를 25°C, 50°C, 75°C의 온도로 맞춰진 배양기에 넣어서 4시간 씩 열처리를 진행하였다. 실험 최고 온도인 75°C는 2014년 7월 27일부터 8월 12일까지 5일간 1시간 간격으로 오전 10시부터 오후 4시까지 자동차 실내 온도를 측정하였을 때의 평균인 75.1°C를 기준으로 하였다.^[15] 열처리 후 상온에서 24시간 이상 열을 식히는 과정을 진행하였다.

안경테 재질별로 시료를 1 cm 크기로 잘라 열처리된 온도별로 분류하여 비커스경도계(FM-800, FUTURE-TECH CORP, U.S.A.)를 이용하여 50 gf의 하중으로 경도를 측정하였다. 한 재료에서 다른 세 부분을 측정하여 평균값을 얻었다.

만능재료시험기(TO-101, TEST ONE, Korea)를 이용하여 4 cm 크기로 절단된 trogamid, polyetherimide 재질의 안경테 다리를 양쪽 동일한 간격으로 고정하여 200 kgf의 하중으로 인장 강도를 측정하였다.

주사전자현미경(TESCAN VEGA3, Thermo, U.S.A.)을 이용하여 trogamid, polyetherimide 재질의 안경테 다리를 100배의 배율로 확대하여 표면을 관찰하였다.

실험 결과는 One-way ANOVA를 실시하였고, Tukey HSD의 방법으로 사후검정을 실시하여 유의성을 검정하였다. p<0.05인 결과를 얻었을 때 유의성이 있는 것으로 하였다.

Trogamid 안경테의 경우 인공 땀에 노출되지 않은 원재질의 평균 경도는 Hv 10.0이며, 인공 땀 처리를 하였을 때에는 Hv 10.4로 차이가 없었으며 통계적으로도 유의하지 않았다(p=0.181)(Fig. 1). 실온(25°C)에서 4시간 방치 후의 경도는 Hv 10.4로 변함이 없었으며, 50°C에서 4시간 처리 후에는 Hv 9.8, 75°C에서는 Hv 10.3으로 온도 변화에 따른 의미 있는 경도변화가 관찰되지 않았다(p=0.025)(Fig. 2).

Fig. 1. 
Hardness of eyeglass frames made of trogamid and polyetherimide after exposed to artificial sweat.

Fig. 2. 
Hardness of eyeglass frames made of trogamid after exposure to artificial sweat depending on heating temperature.

인공 땀에 노출되지 않은 polyetherimide 안경테 원재질의 평균 경도는 Hv 22.4이며, 인공 땀에 노출시켰을 때에는 Hv 22.5로 경도 변화가 거의 없었다(p=0.867)(Fig. 1). 25°C에서 4시간 동안 방치 후의 경도도 변함없이 Hv 22.5였으며, 50°C에서 4시간 동안 열처리 후에는 Hv 23.2, 75°C에서는 Hv 23.5로 측정되었다(Fig. 3). 25, 50, 75°C로 온도가 증가할 때 통계적으로 유의한 경도의 증가가 나타났지만(p=0.001), 경도 변화 값의 변화가 크지 않았다.

Fig. 3. 
Hardness of eyeglass frames made of polyetherimide after exposure to artificial sweat depending on heating temperature.

Trogamid 재질 안경테 원재료의 평균 인장강도는 7.42 kgf/mm²이었으며, 인공 땀에 노출시켰을 때에는 7.76 kgf/mm²이었으며 통계적으로 유의하지 않은 차이였다(p=0.856)(Fig. 4). 25°C에서 4시간 동안 방치하였을 때의 인장강도는 7.76 kgf/mm²으로 변함이 없었으며, 50°C에서 7.45 kgf/mm², 75°C에서 7.55 kgf/mm²으로 측정되어 실온보다 높은 온도 조건에 의해 다소 감소하는 경향이 있었으나 통계적으로 유의한 차이는 아니었다(p=0.788)(Fig. 5).

Fig. 4. 
Tensile strength of eyeglass frames made of trogamid and polyetherimide after exposed to artificial sweat.

Fig. 5. 
Tensile strength of eyeglass frames made of trogamid after exposure to artificial sweat depending on heating temperature.

Polyetherimide 재질 안경테 원재료의 평균 인장강도는 11.63 kgf/mm²이었으며, 인공 땀에 노출시켰을 때에는 12.38 kgf/mm²이었으며 통계적으로 유의하지 않은 차이였다(p=0.753)(Fig. 4). 25°C에서 4시간 동안 방치하였을 때의 인장강도는 12.38 kgf/mm², 50°C에서는 12.51 kgf/mm², 75°C에서 11.48 kgf/mm²으로 측정되었으며 온도에 따른 인장강도의 변화는 통계적으로 유의하지 않았다(p=0.428)(Fig. 6).

Fig. 6. 
Tensile strength of eyeglass frames made of polyetherimide after exposure to artificial sweat depending on heating temperature.

Trogamid 및 polyetherimide 재질의 안경테를 인공 땀에 노출시킨 후 열처리를 하여 표면의 상태 변화는 주사전자 현미경을 이용하여 관찰하였다. Trogamid 안경테의 경우 원재료와 비교하여 땀에 노출시켰을 때에 표면이 거칠어져 잔무늬가 많아졌으며 굴곡이 더 커졌다(Fig. 7A, 7B). 50°C, 75°C로 열에 노출시켰을 때에는 열을 가하지 않았을 때보다 다소 표면이 매끈해지는 것처럼 관찰되었으나 큰 차이는 없었다(Fig. 7C, 7D).

Fig. 7. 
Representative photographs of eyeglass frames made of trogamid after exposure to artificial sweat depending on heating temperature by scanning electron microscope (x100).

A. non-heated B. 25°C-heated

C. 50°C-heated D. 75°C-heated

Polyetherimide 안경테의 경우 원재료와 비교하여 땀에 노출시킨 후 25°C에서 열처리하였을 때 표면이 더욱 거칠어지고 잔무늬가 많아졌으며, 막의 벗겨짐과 같은 형태의 표면의 들림이 나타나는 것을 관찰할 수 있었다(Fig. 8A, 8B). 하지만 50°C 열에 노출시켰을 때 표면이 매끈해졌지만 굴곡이 좀 더 깊어지고 잔 굴곡이 많아진 것을 확인 할 수 있었다(Fig. 8C). 75°C 열에 노출시켰을 때에는 표면의 거침과 들림이 없어졌으나 굴곡이 있는 잔무늬가 여전히 존재하였다(Fig. 8D).

Fig. 8. 
Representative photographs of eyeglass frames made of polyetherimide after exposure to artificial sweat depending on heating temperature by scanning electron microscope (x100).

A. non-heated, B. 25°C-heated

C. 50°C-heated, D. 75°C-heated

김 등^[11]의 연구에서 금속 재질을 이용하여 실험한 결과 pH 6.0 인공 땀을 기준으로 인공 땀에 3주 동안 노출시켰을 때에는 땀에 의한 경도의 감소가 티타늄 10.25%, 양백 10.50%였으며, 6주 동안 노출시켰을 때에는 각각 12.02%, 13.82%감소하였다. 본 연구에서는 플라스틱테를 pH 6.0의 인공 땀에 4주 동안 노출시켰으며 노출 전에 비해 trogamid 재질은 4%, polyetherimide 재질은 0.45%의 변화를 나타내어 금속테에 비해 변화 정도가 크게 적음을 알 수 있었다. Trogamid와 polyetherimide 재질의 안경테는 땀과 온도 변화에 의한 경도값의 변화가 미미하고 오히려 증가하는 경향을 보여 금속 안경테보다 땀에 의한 자극에 더 안정적이라고 판단되며, 땀과 열에 노출이 많은 고온환경 작업자에게 적합할 것으로 사료된다.

안경테의 변형을 일으켜 장용자의 착용감을 편하게 해주는 피팅을 하기 위해서는 변형이 가능한 소재를 사용하여야 된다.^[15] 힘을 받았을 때 찢겨지지 않고 견딜 수 있는 힘인 인장강도는 안경테 재료가 갖추어야할 물성 중 하나이다. 본 연구에서는 실생활에서 땀과 열에 의해 재료의 세기와 최대 응력을 나타내는 인장강도가 어떠한 영향을 받을지에 대해 알아보았으며, 플라스틱 안경테의 경우는 땀과 열에 의해 인장강도의 변화가 나타나지 않았다. 양백, 모넬 및 티타늄 재질의 안경테를 대상으로 인공 땀에 노출시켰을 때 인장강도를 측정한 김 등^[11]의 연구에서도 금속 안경테 세 재질 모두 인장강도의 변화가 유발되지 않았다. 양백, 모넬, 티타늄과 같은 금속 안경테와 마찬가지로 본 연구에서 사용된 trogamid와 polyetherimide 소재의 안경테 또한 땀에 의한 인장강도의 큰 변화가 나타나지 않았기 때문에 현재 많이 사용되고 있는 금속 안경테와 플라스틱 안경테 모두 땀에 의한 인장강도의 변화가 유발되지 않음을 알 수 있었다.

Polyetherimide는 trogamid보다 높은 유리전이온도를 가지고 있으며, 고온에서도 기계적 물성이 우수하며, 고 탄성률을 가지고 있는 비결정성 고분자 소재이다.^[16,17] 비결정성 고분자 소재는 유리전이과정을 거치는 구조적 특징 때문에 유리전이온도를 경계로 이하의 조건에서는 분자들의 운동성이 감소하여 신장률이 작고 경도가 높게 나타나며, 유리전이온도 이상에서는 분자들의 운동성이 증가하여 신장률이 증가하고, 경도가 감소한다. 즉, Trogamid 와 polyetherimide 재질과 같은 비결정성 고분자 소재는 유리전이온도와 노출되는 온도에 영향을 받아 탄성과 경도가 달라질 수 있다.^[18]

본 연구에서는 열에 노출이 많은 여름철 실생활 환경을반영하여 고온이 가해졌음에도 trogamid와 polyetherimide 재질의 유리전이온도가 상대적으로 높아 경도 및 인장강도의 큰 변화가 나타나지 않은 것으로 판단되었으며, 두 플라스틱 재질은 여름철 자동차 실내온도의 열자극이 가해졌을 때에도 기계적 물성의 변화가 적은 안정성이 높은 재질로 판단된다.

반면 두 플라스틱 재질 안경테 모두 인공 땀에 노출되었을 때 표면의 변화가 유발되어 표면이 거칠어지고 굴곡 및 잔무늬가 많아지는 것으로 나타났다. 또한, 땀 처리 후 50°C, 75°C로 열처리하였을 때 열에 의해 다시 표면변화가 유발되는 것을 확인할 수 있었다. 시중에서 유통되고 있는 안경테는 코팅된 상태이기 때문에 이러한 변화가 플라스틱 재질 위에 처리된 코팅막에 영향을 미쳐 나타나는 것인지 플라스틱 재질 자체의 영향을 미쳐 나타나는 결과인지에 대해서는 추후 연구가 진행되어야 할 것으로 사료되나 두 경우 모두 일상적인 생활에서 착용하고 있는 플라스틱 안경테의 표면 변형을 의미하는 것이므로 본 연구에서 검사한 경도, 인장강도 및 표면의 변화 외에 다른 변화가 유발되었는지에 대해서도 연구가 필요하리라 생각된다.

본 연구에서는 인공 땀의 pH를 6으로 고정하였는데, 그 이유는 인체에서 분비되는 땀은 pH 5~7 범위이며, 평균적으로는 pH 6이기 때문이다.^[19,20] 또한, 땀에 의한 금속테의 변화에 대한 김 등^[11]의 연구에서 pH 6.5, 6.0, 5.0으로 변화를 주어 금속테의 강도 및 인장강도를 분석하였을 때, pH 6.0과 pH 5.0 간의 큰 차이가 나타나지 않았기에 본 연구에서는 pH를 6.0으로 고정하여 실험하였다. 본 연구는 김 등^[11]의 연구와는 다르게 인공 땀에 노출된 후에 열처리를 하여 일상에서 찜질방이나 여름철 밀폐된 차안과 같이 땀에 노출되어 변형이 일어난 플라스틱 안경테가 열 스트레스를 받았을 때 변형 정도에 차이가 유발되는지를 알아보았다.^[12,13] 플라스틱 안경테의 경도 및 인장강도는 의미있는 변화가 나타나지 않았으나 표면에서는 변형이 관찰되었다. 이러한 표면의 변형은 땀의 pH가 산성이라는 것과 땀에 함유되어 있는 sodium chloride, sodium sulphate, urea, lactic acid, glycerol tristearate, sodium stearate 등과 같은 성분들의 작용에 의해 나타난 것으로 보인다.^[14] 본 연구결과는 인공 땀에 의한 자극과 열 스트레스를 동시에 받은 경우에도 경도 및 인장강도의 변형은 유발되지 않고 표면의 변화만이 관찰되어 금속 안경테의 경우는 경도와 부식이 심하게 일어난다는 김 등^[11]의 연구와 차이가 있었다. 땀에 의한 안경테의 표면 변화는 지속적으로 피부를 자극하여 알레르기 반응을 유발시킬 수 있으며 이물감에 의하여 정상적인 안경 착용을 방해할 수 있고, 지속될 경우 부식을 초래하여 안경테 소재의 물리적인 변성을 유발시킬 수 있는 요인이 될 수 있다. 본 연구에서의 trogamid와 polyetherimide 재질 플라스틱 안경테의 표면변화, 경도와 인장강도 실험결과를 종합하여 보았을 때 금속 안경테에 비해 땀에 의한 부식이 상대적으로 적어 땀에 대한 재질적인 안정성이 더 큰 것으로 보인다.