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합성세제
합성세제(synthetic detergent, 合成洗劑)는 석유로부터 유래된 원료를 사용하여 만들어진 세제를 말한다. 대개 중성을 나타내는 경우가 많아 중성세제라고도 한다.
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목차
개요[편집]
합성세제는 석유 화학 원료로부터 합성된 세제를 의미한다. 제1차 세계대전 중에 비누의 대용품으로 독일에서 개발되었다. 초기에 개발된 대부분의 합성세제가 고체 상태이기 때문에 워싱 파우더(washing powder)라는 표현도 사용한다. 기본적인 합성세제는 비누처럼 친수성 머리 부분과 소수성 꼬리 부분을 함께 가지고 있는 계면활성제를 기반으로 하고 있으며, 알킬벤젠 설폰산염(ABS, alkylbenzene sulfonate)이 합성세제에 가장 많이 사용되는 계면활성제이다.[1] 세척력을 높이기 위해 계면활성제에 인산염, 착색제, 표백제, 효소제를 첨가하여 제조하고 있다. 인산염은 센물을 단물로 만들기 위하여 첨가하고 있으나, 최근 인산염이 부영양화의 원인으로 지적되면서 대신 합성제 지올라이트(zeolite)를 사용하고 있다. 천연 원료를 사용한 비누가 미생물에 의해 분해되는 반면에, 석유를 원료로 사용하는 합성세제는 미생물에 의한 분해가 어렵다. 이 때문에 합성세제의 거품이 하천의 표면을 덮어 산소가 물 속으로 녹아 들어갈 수 없게 될 뿐 아니라 햇빛을 차단시켜 플랑크톤의 정상적인 번식을 방해하는 등 물을 오염시킨다.[2]
역사[편집]
1907년 프리츠 헨켈(Fritz Henkel)은 세계 최초의 자동식 세제인 퍼실(Persil)을 출시했다. 이 새로운 유형의 분말 세제는 비비거나 표백하지 않고도 잘 지워지지 않는 옷의 얼룩을 의류에서 제거할 수 있도록 해주었다. 프리츠 헨켈과 그의 사업 파트너는 1876년 독일 아헨(Aachen) 지역에 헨켈&키(Henkel & Cie)를 설립하였으며, 규산염을 원료로 한 범용 세제를 시장에 최초로 출시했다. 1905년에는 헨켈의 막내 아들이 회사에 합류하여 세척, 표백, 과산화물의 화학에 대해 연구하기 시작했다. 퍼실은 브랜드화된 초기 제품 중의 하나였다. 퍼실이라는 이름은 세제의 두 원료 이름인 과붕산염과 규산염을 따서 만들어졌다. 퍼실이 상업적으로 큰 성공을 거두었지만 합성세제의 개발은 지방과 오일 공급을 확보하려고 과학자들이 대체 원료를 찾기 시작한 제1차 세계대전까지 시도되지 않았다. 1946년에 출시된 합성세제는 심하게 더럽혀진 의류를 더욱 깨끗이 세탁할 수 있도록 해주었다. 자동 세탁기를 위한 세제는 1950년대에 소개되었으며, 효소를 사용한 최초의 분말 세제는 그로부터 10년 후인 1960년대에 출시되었다. 1980년대 식기세척기의 출현은 완전히 새로운 종류의 세제를 탄생시켰다.[3]
천연 계면활성제가 세제의 원료로 사용되던 시기에 독일은 제1차 세계대전에 참전을 하게 된다. 연합군에 의해 무역 봉쇄를 당하면서 천연 계면활성제의 원료로 쓰이던 동식물의 유지(油脂)가 폭약 제조용으로 용도가 변경되면서 천연 계면활성제인 비누의 공급이 부족하게 되었다. 그러자 독일의 과학자들은 군수용품 용도로 쓰여 늘 부족하기만 하던 유지 대신 석탄과 석유에서 얻은 알킬 설페이트(Alkyl Sulfate)라는 화합물을 합성하여 비누 대용품을 만들었는데, 이것이 세계 최초의 합성 계면활성제이다. 독일로부터 미국으로 건너간 합성 계면활성제의 아이디어는 미국이 석유화학공업으로부터 얻어낸 알킬 벤젠을 원료로 사용하여 획기적으로 개량된 가정용 세제를 만들어 내게 되었고 빠른 속도로 미국 전역에 보급되었다. 그 후 제2차 세계대전이 일어나자 다시 유지 고갈에 당면한 독일과 미국은 더욱 우수한 합성세제를 발명하기 위해 경쟁했다. 1946년 P&G는 지금도 같은 이름으로 판매되고 있는 타이드(Tide)라고 하는 합성세제 제품을 발매했다. 경수에서는 빨래가 잘 빨리지 않는 기존 세제와는 달리 P&G의 타이드는 경수, 연수와 상관없이 잘 빨리면서도 소량으로 첨가된 표백제나 형광색소가 세탁물을 더욱 더 희게 만들어주면서 오늘날 P&G가 세계적으로 유명하게 한 효자 상품이 되었다.[4] 대한민국에서는 1966년 '하이타이'가 첫선을 보이면서 합성세제가 속속 등장하기 시작했다.[5]
구성 성분[편집]
대부분의 합성세제는 산성 혹은 염기성을 보이지 않는 중성 세제 형태를 보이며, 알킬벤젠 설폰산의 알킬기 부분이 가지가 있는 형태(branched)인지 선형(linear)인지에 따라 구분한다. 가지가 있는 알킬기를 가지는 ABS 합성세제의 경우 자연에서 쉽게 분해되지 않기 때문에, 최근에는 선형 형태의 LAS(linear alkylbenzene sulfonate)로 대체되고 있다. 추가로 알킬기 부분에 이중 결합이 도입된 α-올레핀 설폰산염(α-olefin sulfonate) 또는 고급 알코올 황산에스터염의 경우 기존 합성세제보다 생분해성이 우수하고 피부 자극성이 적어 액체 형태의 세제로 활용되고 있다.
대부분의 합성세제는 질량비 기준으로 50% 정도의 충진제(보통의 경우 금속 이온 봉쇄 효과를 겸하기도 함)와 알킬벤젠 설폰산염 등의 계면활성제가 15% 정도, 그리고 표백제 10% 미만을 주요 성분으로 하고 그 외에 추가적인 기능을 가지는 소량의 물질들이 포함되어 있다. 그 중 충진제는 물을 연수화하는 기능을 담당한다. 물에 있는 칼슘이나 마그네슘 이온 등이 계면활성제의 역할을 방해하는데, 이를 충진제들이 킬레이션이나 이온 교환 등을 통해 막아주는 역할을 한다. 초기에는 탄산 소듐이 사용되었으나 그 기능성이 낮아서 나중에 인산 소듐 등의 인을 포함하는 물질들이 충진제로 개발되었다. 인을 사용하지 않는 구연산, 글루콘산, 제올라이트 등도 최근 충진제로써 사용되고 있다. 합성세제에 사용되는 표백제 성분은 식물성 요염 및 변색 등을 제거하는 것을 목적으로 하며, 염소산계 표백제보다 안정한 과산화물계 물질들이 주로 사용된다. 과붕산 소듐 및 과탄산 소듐 등이 대표적으로 합성세제에 사용하는 표백제 성분이다. 또한 최근 합성세제에는 질량비 기준 2% 정도의 효소들이 포함되기도 하는데, 이 효소들은 세탁물의 오염물 중 단백질이나 지방, 당 등의 생물학적 오염을 제거하는 역할을 한다. 효소의 경우 각 오염 성분별로 다른 종류의 효소가 필요하므로 몇 가지 효소를 섞어서 사용하기도 한다. 그 외에 합성세제를 구성하는 성분으로는 거품의 발생 또는 거품의 안정성을 조절하기 위한 물질, 액체 세제의 경우 액체의 점성을 조절하는 물질, 세탁기 및 세탁물을 보호하는 성분 등이 사용된다.[1]
분류[편집]
세제는 알칼리 정도에 따라 약알칼리성 세제, 중성세제, 다목적 세제로 나눌 수 있다. pH 10.5 정도인 약알칼리성 세제는 면, 마, 합성섬유 등 알칼리에 잘 견디고 때가 많이 묻은 옷의 세탁에 적당하다. 약알칼리성 세제 중 양모나 견섬유 등 모든 섬유 제품을 세탁할 수 있도록 알칼리성을 pH 9.5 내외로 낮춘 것을 다목적 세제라고 하며, 중성세제는 pH를 7 내외로 낮춘 세제로 알칼리에 약한 양모, 견, 아세테이트와 같은 옷을 세탁하는 데 적합하다. 용도별로 분류하면 다음 세 가지로 분류한다. 목욕할 때 주로 사용하는 화장용 세제(비누, 샴푸, 핸드 클리너), 세탁용 고체비누나 식기용 세제로 사용하는 가정용, 양모·면·합성섬유 등 섬유원료에서 섬유제품에 이르기까지 정련·세척·염색 등 모든 공정에 사용되는 공업용 세제 등이다. 드라이클리닝에서는 석유·벤젠·사염화탄소·트리클렌 등의 용제에 의한 표면탈지가 주체를 이루며 계면활성제가 첨가된다.[6]
알칼리도[편집]
산성세제[편집]
산성세제는 pH 1~6 수치를 가르키며, 불산, 염산, 인산, 분산 등 산성을 띠는 세제이다. 산 성분이 들어가 있기 때문에 사용할 때 꼭 피부에 닿지 않게 고무장갑을 착용해야 되며, 락스(염소계 표백제)와 함께 사용하면 염소가스가 발생되여 인체에 유해하다. 산성세제는 알칼리성 오염을 제거하기위해 만들어진 제품이다. 주로 화장실에 오염들이 알칼리성 오염을 띄고 있어서 주로 화장실 청소에 사용된다. 대표적으로 천연세제로 사용되는 식초, 구연산 등이 있다.[7] 과일 오염도 성질이 비슷한 산성세제로 세탁하면 효과적이다. 한편 알칼리성, 산성, 중성세제를 한 번에 넣고 세탁을 하면 오히려 효과를 떨어뜨릴 수 있어 주의해야 한다.[8]
중성세제[편집]
중성세제는 합성세제 중에서 pH가 6.0~8.0인 것을 말한다. 섬유용 중성세제와 주방용 중성세제 2종류가 있다. 전자는 알카리에 약한 섬유류의 세정에 후자는 과일, 야채, 식기 등의 세정에 사용된다. 세정효과를 강화하기 위해 인산염, 그외 함유하는 것이 있다. 인산염은 호수의 부영양화를 촉진시키고 이 세제가 갖는 기포성은 물과 공기의 접촉을 차단해서 수중의 용존산소를 감소시키며 태양광선의 조사를 방해하고 조류의 발육을 저지하는 등 수질오염의 원인이 된다.[9] 중성세제를 구분하는 방법은 제품 뒷면의 액성을 확인하면 된다. 중성이라고 쓰여 있다면 중성세제가 맞다. 세탁력은 알칼리성이 중성보다 높아 세탁용으로는 비효율적이다. 알칼리성 세제로 세탁했을 때 손상이 가는 옷감인 경우 혹은 색상이 진한 의류 및 등산복처럼 손상이 쉬운 원단에 사용하면 좋다.[10] 중성세제의 이름에는 보통 '울'이라는 단어가 포함되어 있다. 울드라이, 울터치 등이 이에 해당된다. 면은 산성 혹은 알칼리성 세제에 약한데, 중성세제를 사용하면 세탁 효과는 물론이고 옷감을 상하지 않고 세탁할 수 있다.[11]
알칼리성 세제[편집]
알칼리성 세제는 pH 8~14 수치를 말하며, 염기성과 같은 특징을 가지고 있다. 산성과 반대의 물질로써 중성 세제보다 세정력이 뛰어나 비누, 표백제로 많이 사용된다. 대표적으로 베이킹소다, 과탄산소다가 알칼리성 세제이다. 알칼리성 세제도 농도 수치가 높으면 인체에 유해하여 꼭 고무장갑을 착용하여 피부에 닿지 않게 해야 되며 산성세제와 마찬가지로 락스와 혼합하면 염소가스가 발생하니 주의하여 사용해야 한다.[7] 알칼리성 세제를 사용했을 때 효과적인 얼룩은 대표적으로 기름때가 있다. 기름때는 산성 얼룩이기 때문이다. 세정력이 강한 강 알칼리성 세제는 찌든 얼룩에도 효과적이므로 깔끔하게 제거할 수 있다. 예를 들어 스토브 주위의 기름때나 주방에서 사용하기에 적합하다. 또한 손때나 피지오염 청소도 유효하다. 단백질을 분해할 수 있는 알칼리성 세제는 혈액이나 피지 등에도 효과가 있다. 세탁에서 사용하는 세제는 대부분 약 알칼리성이다. 그렇기 때문에 옷에 오염되기 쉬운 단백질 얼룩이 깔끔하게 떨어지는 것이다. 주의할 점은 피부 노출뿐만 아니라 알루미늄 제품에 사용하지 말아야 한다. 부식의 원인이 되어 변색되거나 가루를 닦아야 하기 때문에 알루미늄 제품에 노출되지 않도록 한다. 또한 손상된 도장이나 불소코팅, 타일 줄눈 등에 사용하면 변색되거나 벗겨지는 우려가 발생할 수 있다.[12]
용도[편집]
가정용[편집]
가정용 합성세제는 일반적으로 주방용 세제와 세탁용 세제, 세척용 세제 등이 있다. 공통적으로 계면활성제가 포함되는데, 주로 술폰산나트륨과 같은 물질이 계면활성제로 쓰인다.
- 주방용 세제 : 계면활성제와 향료가 들어간다. 피부 보호를 위해 염기성 물질은 소량 첨가되거나, 아예 첨가되지 않아 중성인 경우가 많다.
- 세탁용 세제 : 계면활성제와 형광 증백제가 첨가된다. 높은 세탁 효율을 위해 인산염이나 제올라이트를 사용하는데, 인산염은 바다에 흘러가 적조 현상을 일으키므로 최근에는 상대적으로 무해한 제올라이트가 주로 첨가된다. 이것으로 보다 빠른 생분해를 위해 ABS보다는 LAS가 쓰인다.
- 세척용 세제 : 산성세제나 염기성세제가 포함된다. 대부분 염산이나 수산화 나트륨이 원료인데 바닥이나 변기를 주로 세척하는 데 사용된다.[13]
공업용[편집]
공업용 합성세제는 주로 기계류를 세척할 때 쓰인다.
- 강 염기성 세제 : 자동차나 항공기에 붙은 기름때나 단백질 등을 세척한다. 한때 대한민국의 일부 고깃집에서 불판을 세척하는데 이 세제를 써서 문제가 되기도 했다.
- 유기 용매 세제 : 반도체나 LCD 등의 전자 부품 등에 붙은 불순물을 씻는 데 사용된다. 주로 노말 헥산과 같은 고급 알칸을 사용한다. 일부 종류는 드라이클리닝에도 사용된다.[13]
특징[편집]
합성세제는 물에 잘 녹고 세탁 효과가 뛰어난 장점이 있으나, 인체에 대한 안전성과 환경오염에 대한 문제가 제기되고 있다. 합성세제는 생활하수의 가장 큰 수질 오염원이며 피부병의 원인이 된다. 합성세제를 과다하게 사용하게 되면 인체에 질환은 물론 수질오염의 원인이 된다. 우선 인체의 피부 표면에는 피부를 보호하기 위한 얇은 피지막이 형성되어 있는데, 합성세제를 사용하면 피부를 약하게 되어 아토피, 습진, 주부 습진 등의 피부 질환을 촉진시킬 우려가 있다. 또한 합성세제는 미생물에 의한 분해가 어렵고 거품이 생기기 때문에 산소가 물속으로 녹아들어 갈 수 없게 되어 물속의 플랑크톤의 정상 번식을 방해하는 부영양화의 원인이 되기도 한다. 일반적으로 세제의 농도는 세탁에 사용되는 물의 0.2∼0.3%가 적당하며, 농축 세제인 경우 보통 세제의 절반 이하만 사용해도 된다. 샴푸, 폼 클렌징, 바디 워시 등은 합성물질들을 혼합하여 만들어진 합성세제이다. 샴푸는 두피에 사용하는 화장품, 합성계면활성제, 파라벤, 페녹시에탄올, 실리콘, 소듐 라우레스 설페이트 등 각종 화학물질이 들어 있다. 이러한 화학성분들은 흡착력이 강해 피부 표면이나 모공 속에 남기 쉽고 두피의 보호막을 파괴하고 모발을 보호하는 큐티클을 녹여 머릿결을 가늘고 윤기 없게 만든다. 또한 지속적으로 사용할 경우, 탈모의 원인이 되기 때문에 성분부터 두피와 모발에 손상을 주지 않는 천연제품을 사용하는 것이 중요하다. 국립환경연구원의 실험 결과 비누와 합성세제는 세척 면에 있어 별 차이가 없다는 사실이 밝혀졌다. 수돗물에서 비누는 63%, 합성세제는 60%로 비누의 세척력이 오히려 높았고, 우물이나 지하수 등 센물에서는 합성세제 25~32%, 비누 17%로 나타났다. 일상생활에서는 수돗물로 생활하기 때문에 비누의 세척력이 훨씬 좋은 것이다.
- 위험성
합성세제의 잔류성분은 대한민국의 상수도 정수시설로는 완전히 처리할 수 없어 유독 성분은 그대로 수돗물에 섞여 인체로 들어오게 된다. 즉, 오존으로 소독하는 외국과는 달리 염소로 소독하고 있기 때문에 염소와 합성세제의 잔류성분이 결합하게 되면 트라이할로메테인이란 발암물질이 발생하게 된다. 또한 합성세제로 인해 상수도 정수시설에서 응집작용이 방해되어 침전이 잘 이루어지지 않게 된다. 대기 중에 부유하는 검댕 혹은 자동차 배기가스와 상호작용하여 발암물질을 만들어 낼 수 있다. 발암물질뿐만 아니라 세제 등의 잔여물이 옷에 남아 피부병이나 탈모도 유발할 수 있다. 그래서 현재 사용하고 있는 합성세제에는 인이 많이 첨가되었기 때문에 인이 첨가되지 않은 식물성 세제로 전환시켜 나가야 한다.[14]
비누와 비교[편집]
비누와 합성세제의 특징 비교[15] 구분 합 성 세 제 비 누 세탁 온도 우수한 용해성과 찬물에서도 세척력 우수 찬물에서 용해성 낮아 세척력 떨어짐 물의 경도 센 물에서도 세척력 양호(경수연화제) 센 물에서 금속이온과 결합 금속비누 생성 세척력이 낮음 세탁수 재사용 오염물질 재부착 방지제가 들어있어 3회 정도 재사용 가능 오염물질이 재부착되어 옷에 남음 세척력 때의 종류에 따라 다양한 종류가 있어 세척력이 우수 제품의 종류가 한정적이며 센 물에서 세척력이 급격히 떨어짐
주의사항[편집]
합성세제에서 가장 많이 사용되는 LAS는 ABS에 비하면 폐수 중에서 분해되기 쉽다고 하고 있으나, 실제로는 분해가 진행되지 않고 하천바닥의 진탕이나 어류의 체내에 다량으로 축적되기도 하고, 역시 수질오염의 원인이 된다. 가령 분해되더라도 페놀 등의 독성이 더 강한 물질을 생성할 가능성도 있다는 외국의 보고가 있다. 합성세제 자체도 독성이 있으며, 진한 액을 마시면 사망하는 일이 있다. 또 세제에 닿으면 피부장애가 일어나며, 세제가 피부를 통해 체내에 들어가면 재생불량성 빈혈의 원인이 되기도 하고, 신경계를 침해하여 감각마비를 일으키거나, 발암을 촉진할 가능성을 가진다는 보고도 있다. 폴리염화비페닐과 복합오염이 단독오염인 경우보다도 생식기능이나 간기능을 저해하는 것이 동물실험에서 확인되었다는 보고도 있다. 또 증백제(增白劑)로 첨가되는 물질에 발암성의 의심이 있다고도 한다. 따라서 합성세제를 사용할 때는 세제가 직접 손에 닿지 않도록 고무장갑을 착용한다. 비누에 비하여 잘 헹구어지지만 그만큼 천에 다량의 세제가 잔류되며, 그 때문에 착용 때 체내에 진입할 염려가 있으므로, 비누의 경우보다 더 잘 헹굴 필요가 있다. 특히, 채소·과일을 장시간 세제액에 담구어 두는 일은 절대로 금해야 한다. 세제는 어린아이의 손이 닿지 않는 곳에 두며, 비누방울놀이에는 사용하지 말아야 한다. 또한 대부분의 치약에는 다량의 합성세제가 함유되어 있으므로, 어린이가 이를 닦을 때 조금이라도 삼키지 않도록 평소에 지도할 필요가 있다.[16]
각주[편집]
- ↑ 1.0 1.1 〈합성 세제〉, 《화학백과》
- ↑ 서인호, 〈합성 세제〉, 《Basic 고교생을 위한 화학 용어사전》, 2002-09-30
- ↑ 한나 이솜, 〈합성 세제〉, 《죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001》
- ↑ 정성욱 기자, 〈[정성욱의 바이오 세상]세제(洗劑) 이야기〉, 《아이뉴스24》, 2009-02-09
- ↑ 문영애 리포터, 〈세제 속속 탐구 역사부터 성분까지…〉, 《찹스》, 2011-02-17
- ↑ 〈세제의 종류〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 7.0 7.1 아워하우스, 〈산성세제,중성세제,알칼리성(염기성)세제 종류와 특징〉, 《네이버 포스트》, 2020-06-11
- ↑ 김유진 기자, 〈"세제도 성격이 있다"…과일 오염은 '산성' ·와인은 '중성'으로 빨아야〉, 《메트로신문》, 2017-07-18
- ↑ 〈중성세제〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 생활소비, 〈중성세제란? 중성세제 종류와 세탁- 퐁퐁, 샴푸로 세탁해도 될까?〉, 《네이버 블로그》, 2020-05-26
- ↑ 무적믈리, 〈중성세제의 종류 총 정리!〉, 《티스토리》, 2020-07-11
- ↑ 눈웃음작렬, 〈알칼리성 세제는 어떤 얼룩에 효과가 있을까? 사용법과주의 사항을〉, 《티스토리》, 2020-05-10
- ↑ 13.0 13.1 〈합성 세제〉, 《위키백과》
- ↑ 김종서 기자, 〈우린 합성세제라는 독성물질로부터 왜 벗어날 수 없는가?〉, 《당진신문》, 2015-03-26
- ↑ haha116, 〈4-3. 비누와 합성세제〉, 《네이버 블로그》, 2009-06-19
- ↑ 〈합성세제 사용상의 주의〉, 《네이버 지식백과》
참고자료[편집]
- 〈합성 세제〉, 《위키백과》
- 〈합성 세제〉, 《화학백과》
- 〈세제의 종류〉, 《네이버 지식백과》
- 〈중성세제〉, 《네이버 지식백과》
- 〈합성세제 사용상의 주의〉, 《네이버 지식백과》
- 한나 이솜, 〈합성 세제〉, 《죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001》
- 정성욱 기자, 〈[정성욱의 바이오 세상]세제(洗劑) 이야기〉, 《아이뉴스24》, 2009-02-09
- haha116, 〈4-3. 비누와 합성세제〉, 《네이버 블로그》, 2009-06-19
- 서인호, 〈합성 세제〉, 《Basic 고교생을 위한 화학 용어사전》, 2002-09-30
- 문영애 리포터, 〈세제 속속 탐구 역사부터 성분까지…〉, 《찹스》, 2011-02-17
- 김종서 기자, 〈우린 합성세제라는 독성물질로부터 왜 벗어날 수 없는가?〉, 《당진신문》, 2015-03-26
- 김유진 기자, 〈"세제도 성격이 있다"…과일 오염은 '산성' ·와인은 '중성'으로 빨아야〉, 《메트로신문》, 2017-07-18
- 눈웃음작렬, 〈알칼리성 세제는 어떤 얼룩에 효과가 있을까? 사용법과주의 사항을〉, 《티스토리》, 2020-05-10
- 생활소비, 〈중성세제란? 중성세제 종류와 세탁- 퐁퐁, 샴푸로 세탁해도 될까?〉, 《네이버 블로그》, 2020-05-26
- 아워하우스, 〈산성세제,중성세제,알칼리성(염기성)세제 종류와 특징〉, 《네이버 포스트》, 2020-06-11
- 무적믈리, 〈중성세제의 종류 총 정리!〉, 《티스토리》, 2020-07-11
같이 보기[편집]
