KR101554433B1

KR101554433B1 - 줄풀 천연염색 방법

Info

Publication number: KR101554433B1
Application number: KR1020140106886A
Authority: KR
Inventors: 이혜선
Original assignee: 제주대학교 산학협력단
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2015-09-21

Abstract

본 발명은 본 발명은 줄풀로부터 열수 추출법 또는 용매 침출법으로 염료를 추출하고, 피염물을 오배자, 키토산, 탄닌, 또는 감즙으로 전처리하고, 전처리한 피염물에 줄풀로부터 추출된 염료로 염색하는 단계를 포함하는 줄풀 천연 염색 방법을 제공한다. 줄풀에서 추출된 염료는 농축 및 건조 단계를 거쳐 분말화시킨 염료를 사용할 수 있다. 피염물에 따라 줄풀 염료 추출 방법을 달리할 수 있으며, 전처리 단계를 거쳐 줄풀 염료로 염색할 때 염료의 농도 및 온도, 염색 시간을 변화시켜 최적의 염색을 달성할 수 있다.

Description

줄풀 천연염색 방법 {Natural dying method using zizania latifolia}

본 발명은 줄풀 천연염색 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 줄풀에서 추출한 염료를 이용하여 다양한 재질의 피염물에 고품질로 염색하는 새로운 방법을 제안한다.

천연염색은 화학 염료를 사용하지 않고 자연 염료를 이용하여 옷감에 물을 들이는 전통적인 수공예의 한 분야이다. 자연 염료로는 숯, 황토, 치자, 감, 쑥 등이 자주 쓰인다. 가정에서 쓰고 남은 재료를 재활용하여 천연염색을 할 수도 있는데 예를 들어 양파껍질, 포도껍질, 귤껍질 등을 재활용하면 훌륭한 자연 염료로 사용할 수 있다.

천연염색 제품은 친환경적이어서 인체에 대한 자극이 적고 민감한 피부에 좋을 뿐아니라 심신을 안정시키는 진정 효과도 있다. 또한 식물성 색소는 여러가지 색소가 혼합되어 있기 때문에 자연스럽고 깊이 있는 색감을 발현시킬 수 있으며, 매염제를 사용할 경우 특정한 색깔로 염색이 가능하기 때문에 색상 선택의 다양성이 크다.

반면, 천연염색은 쪽 염색 등 일부를 제외하고는 햇빛이나 세탁, 땀 등에 의해 색채가 쉽게 바래지기 때문에, 화학염색에 비해 견뢰도가 많이 떨어지고, 염료 추출 및 염색 과정에 많은 시간과 노력이 드는 단점이 있다. 특히 염료의 종류와 원하는 발색을 위해, 염료의 추출, 온도, 수분 등 환경 조건을 변화시켜야 하고 첨가물이 요구되거나 매염 처리 등 염색 공정이 복잡하다. 이로 인하여 취미로 천연염색을 할 경우에도 필요한 도구들을 갖추어야 하는 등 번거로움이 있고, 산업적 측면에서도 재현성 있는 고품질의 천연염색 제품을 대량 생산하기가 어렵고 비용이 많이 든다.

천연염색을 통한 고품질의 의류를 재현성 있게 제조하고 산업적으로 대량 생산이 가능하기 위해서는 다양한 피염물에 적합한 새로운 염료의 개발이 필요하며, 염색 후에도 견뢰도가 유지되고 내구성을 향상시킬 수 있는 공정이 요구된다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 천연 염색에 적합한 새로운 염료를 개발하여 재현성 있고 생산성이 뛰어난 천연염색 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 각종 재질의 피염물에 대해 염료의 발색이 가능한 천연염색 공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 햇빛이나 세탁, 땀 등에 의한 견뢰도가 유지되고 내구성이 뛰어나며, 자외선차단성, 소취성 및 항균성 등 각종 기능성이 우수한 천연염색 방법을 제공하는 것이다.

기타, 본 발명의 또 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 상세한 설명에서 보다 구체적으로 제시될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 줄풀로부터 열수 추출법 또는 용매 침출법으로 염료를 추출하고, 피염물을 오배자, 키토산, 탄닌, 또는 감즙으로 전처리하고, 전처리한 피염물에 줄풀로부터 추출된 염료로 염색하는 단계를 포함하는 줄풀 천연 염색 방법을 제공한다.

줄풀에서 추출된 염료는 농축 및 건조 단계를 거쳐 분말화시킨 염료를 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서 오배자로 전처리하는 경우 액비 1:10 ~ 1:100의 범위로, 오배자 농도 0.1% ~ 5% owf의 용액에 피염물을 담가 전처리할 수 있다. 또한, 키토산으로 전처리하는 경우 초산수용액에 0.1wt% ~ 5wt% 의 키토산을 용해시킨 용액에 피염물을 담가 전처리할 수 있다. 또한, 탄닌으로 전처리하는 경우 액비 1:10 ~ 1:100의 범위로, 탄닌 농도 0.1 ~ 10% owf의 용액에 피염물을 담가 전처리할 수 있다. 한편, 감즙으로 전처리하는 경우 발효 감즙을 사용하여 전처리하고 햇빛이나 건조오븐에서 열발색하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전처리 단계를 거쳐 줄풀 염료로 피염물을 염색할 때 염료의 농도(owf)는 50% ~ 500% 인 것이 바람직하며, 염료의 온도는 40℃ ~ 120℃ 인 것이 바람직하다. 또한 줄풀 염료로 염색할 때 염색 시간은 40 ~ 100분인 것이 바람직하며, 염료의 pH는 3 ~ 7 인 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 전술한 방법으로, 전처리 과정 및 줄풀 염료 염색을 통해 제조된 줄풀 천연 염색 피륙(fabric)을 제공한다.

본 발명에 따르면, 천연 염색에 적합한 줄풀 염료를 개발하여 각종 피염물에 대해 재현성 있고 품질이 뛰어난 천연염색 방법을 제공할 수 있다. 또한, 견이나 나일론 뿐만 아니라 면직물 등에도 적합하고 염료의 발색이 가능한 줄풀 천연염색이 가능하다.

본 발명의 줄풀 염색 방법은 피염물에 따라 적합한 전처리를 거침으로써 햇빛이나 세탁, 땀 등에 의한 견뢰도가 유지되고 내구성이 뛰어난 염색이 가능하여 천연 염색의 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

특히 본 발명에 따라 염색된 피염물은 자외선 차단성, 소취성, 항균성 등의 기능성이 우수하여 침구나 의류 등에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.

도 1은 각종 피염물에 대해 전처리 후 염색한 결과를 보인 사진
도 2는 전처리 후 열수 추출 염료를 이용한 염색성 테스트 결과를 보인 사진
도 3은 전처리 후 염료 농도를 변화시켜 염색한 결과를 보인 사진 및 그래프
도 4는 전처리 후 염료 온도를 변화시켜 염색한 결과를 보인 사진 및 그래프
도 5는 전처리 후 염색 시간을 변화시켜 염색한 결과를 보인 사진 및 그래프
도 6은 전처리 후 염료의 pH를 변화시켜 염색한 결과를 보인 사진
도 7a 및 7b는 각각 대조군과 키토산 전처리 후 줄풀염색한 시료에 대한 배양 사진
도 8a 및 8b는 각각 대조군과 탄닌 전처리 후 줄풀염색한 시료에 대한 배양 사진
도 9a 및 9b는 각각 대조군과 감즙 전처리 후 줄풀염색한 시료에 대한 배양 사진
도 10a 및 10b는 각각 대조군과 오배자 전처리 후 줄풀염색한 시료에 대한 배양 사진

본 발명은 줄풀로부터 추출된 염료를 사용하여 다양한 피염물에 대해 발색과 견뢰도가 우수하게 유지되는 천연염색 방법을 제안한다.

줄풀(Zizania latifolia Turcz)은 외떡잎 식물로서 벼목 화본과의 여러해살이 풀이며, 예로부터 고(菰), 고장초(菰蔣草), 진고(眞菰), 줄, 소풀, 고겡, 줄폭 등으로 불리고 있다. 또한, 줄풀은 연못이나 냇가에서 자라고, 진흙 속에 굵고 짧은 뿌리가 옆으로 뻗으면서 자라는데 키는 1∼2m 정도 자라며 벼와 유사하여 외국에서는 wild rice로 불리우고 있다.

이러한 줄풀은 여러해살이 풀이며 개울가 등에서도 쉽게 자라기 때문에 천연염색을 위한 원료로 구입하거나 대량 재배하기에도 용이하다.

줄풀은 게르마늄 성분을 가장 많이 함유하고 있는 식물로 잎, 뿌리, 줄기에는 단백질, 정유, 회분, 미네랄, 망간, 칼슘 등이 함유되어 있으며, 열매에는 녹말, 당분, 갖가지 미량 원소들이 함유되어 있다. 이러한 유용한 성분 때문에 줄풀은 약용을 위한 약초로서 오래전부터 이용되어 왔다. 예를 들어 줄풀의 잎과 뿌리를 그늘에 말렸다가 차로 끓여 마시면 만병통치약이라 할 만큼 여러 질병에 효과가 있다고 전해지고, 위와 장을 튼튼하게 하며, 당뇨병, 고혈압, 중풍, 심장병, 변비, 비만, 동맥 경화 등 온갖 질병에 효과가 있을 뿐 아니라 몸 안에 있는 온갖 독을 풀어 준다고 알려져 있다.

본초강목(本草綱目)에 따르면, 줄풀 뿌리는 대, 소변이 잘 통하게 하고 장과 위의 고질을 다스려 튼튼하게 하며, 술취한 것을 깨게 하고, 소화를 돕고, 갈증이 나지 않게 한다고 기록되어 있다.

본 발명의 발명자들은 이러한 효능을 지닌 줄풀을 천연염색의 원료로 이용하여 다양한 피염물에 대해 발색성과 내구성이 우수한 천연염색 방법을 개발하였다.

본 발명의 염색 방법에 따르면, 줄풀로부터 염료를 추출하고, 추출된 염료를 농축 및 건조 단계를 거쳐 분말화시킨 염료를 적정한 농도로 염색에 사용할 수 있다. 피염물은 나일론이나 면, 양모, 견직물 등을 사용하여 줄풀 천연 염색을 진행할 수 있고, 염색성 및 견뢰도 증진을 위해 오배자, 키토산, 탄닌, 또는 감즙으로 전처리를 수행할 수 있다.

피염물은 전처리 전에 정련 과정을 통해 전처리 효과 및 염색성을 향상시킬 수 있다. 전처리 후 피염물에 염색을 진행할 때 사용되는 줄풀 염료는 피염물의 종류에 따라 추출 방식이 다른 염료를 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서 오배자로 전처리하는 경우 예를 들어 액비(피염물 중량 대비 전처리 액량의 비율) 1:10 ~ 1:100의 범위로 하여, 오배자 농도 0.1% ~ 5% owf의 용액에 피염물을 담가 전처리할 수 있다. 키토산으로 전처리하는 경우 초산수용액에 0.1wt% ~ 5wt% 의 키토산을 용해시킨 용액에 피염물을 담가 전처리할 수 있다. 또한, 탄닌으로 전처리하는 경우 액비 1:10 ~ 1:100의 범위로, 탄닌 농도 0.1 ~ 10% owf의 용액에 피염물을 담가 전처리할 수 있다. 각 전처리 물질의 농도 및 양은 피염물의 종류에 따라 또는 원하는 염색 정도에 따라 변화시킬 수 있다.

감즙으로 전처리하는 경우 발효 감즙을 사용하여 전처리하고 햇빛이나 건조오븐에서 열발색하는 단계를 더 포함할 수 있다. 담색 염색의 경우에는 열발색 단계를 생략하거나 줄일 수 있다.

본 발명에 따르면, 전처리 단계를 거쳐 줄풀 염료로 피염물을 염색할 때 염료의 농도(owf)는 50% ~ 500% 인 것이 바람직하며, 염료의 온도는 40℃ ~ 120℃ 인 것이 바람직하고, 염색 시간은 40 ~ 100분인 것이 바람직하며, 피염물의 종류 및 전처리 물질에 따라 염료의 농도, 염료의 온도, 염색 시간을 다르게 조정하여 염색성 및 견뢰도를 최적화시킬 수 있다.

이하에서는 줄풀로부터 염료를 추출하고 이것을 이용하여 다양한 소재에 대해 효과적으로 염색하는 방법에 대해 구체적인 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다.

줄풀 염료 제조

1. 염료 추출

본 실시예에서 염료 추출에는 각각 생산지가 다른 세 가지 종류의 줄풀을 원료로 사용하였다.

먼저 각각의 샘플 시료에 대해 열수 추출법(water extracting)으로 염료를 추출하였다. 각 샘플 시료 50 g을 취하여 증류수 2 L에 넣고 80 ℃에서 3시간 동안 추출하였고, 이 과정을 총 3회 반복하였다. 이 때, 추출 수율을 높이기 위해 물의 침투가 용이하도록 줄풀 샘플을 작게 잘라 사용하였다. 추출된 염료 용액은 갈색을 띠었다.

다음으로 각각의 샘플에 대해 용매 침출법(solvent extracting)으로 염료를 추출하였다. 각 샘플 시료 50 g을 취하여 80% EtOH(에틸알콜) 2 L에 넣고 3시간 동안 350 rpm으로 교반하여 추출하였고, 이 과정을 총 3회 반복하였다. 이 경우에도 추출 수율을 높이기 위해 용매의 침투가 용이하도록 줄풀 샘플을 작게 잘라 사용하였다. 추출된 염료 용액은 열수 추출과 다르게 녹색을 나타내었다.

2. 염액 농축 및 분말화

열수 추출과 용매 추출로 얻어진 염액을 회전농축기(Rotary Evaporator)를 사용하여 농축하였다. 농축된 염액을 동결건조기(Freeze-Dryer)로 건조하여 분말화하였다.

추출한 염료의 염색성 테스트

열수추출과 에틸알코올로 추출한 염료를 이용하여 양모, 나일론 및 면이 혼합된 멀티패브릭을 염색하였다. 염색 온도는 17℃(상온), 40℃, 70℃로 각각 다르게 하였다. 염색 결과 양모와 나일론은 비교적 염색성이 좋았으나, 면섬유의 염색성이 매우 낮았다.

IR 염색기를 이용하여 양모, 면, 나일론, 견섬유에 대해 염색성을 시험하였다. 염료는 열수추출한 줄풀 염료를 사용하였고 염액 300㎖를 넣고 염색을 진행하였다. IR 염색기의 시작온도는 40℃, 인버터 45회 60초, 승온 10분 100℃, 유지 60분 100℃, 냉각 30분 20℃ 단계를 거쳐 염색을 종료하였다. 염색 결과 양모, 나일론, 견섬유에서는 비교적 염색이 잘 되었으나 면섬유의 염색성이 낮았다.

IR 염색기를 이용하여 염료추출 방법에 따른 면, 나일론, 견섬유의 염색성을 비교하였다. 열수추출한 염료분말과 에틸알코올추출 염료분말로 각각 150㎖ 염료 용액을 만들어 사용하고 염색을 진행한 결과, 열수추출보다 에틸알코올추출 염료를 사용한 염색에서 농색으로 염색되는 것을 확인하였다.

전처리 공정 및 효과

염색성 향상을 위해서 염색 전에 피염물에 대해 여러가지 전처리를 수행하였다.

1. 양이온화제 및 음이온화제 전처리

염색전에 면섬유와 멀티패브릭을 양이온화제로 전처리하였다. 양이온화제 10% owf (on the weight of fiber)를 70℃에서 20분 간 피염물에 전처리하고, 이 후 피염물에 열수추출과 에틸알코올로 추출한 염료를 사용하여 40℃와 70℃에서 염색하였다. 양이온화제 전처리면, 무처리면, 멀티패브릭을 넣고 각 온도조건에서의 염색성을 시험한 결과 염색이 거의 되지 않는 것을 확인하였다.

면섬유와 멀티파이버패브릭을 양이온화제와 음이온화제로 각각 전처리하였다. 양이온화제 처리조건은 10% owf, 70℃, 20분, 10% NaOH 이었고, 음이온화제 처리조건은 3% owf, 60℃, 20분 이었다. 양이온화제와 음이온화제 전처리 후 열수추출과 에틸알코올로 추출한 염료를 사용하여 염색 조건 40℃, 70℃에서 각각 염색하였다. 양이온화제 전처리면, 음이온화제 전처리면, 무처리면, 멀티패브릭을 넣고 각 온도조건에서의 염색성을 시험한 결과, 염색이 거의 되지 않음을 확인하였다.

2. 양이온화제와 감물염색 전처리

염색 전, 양이온화제 전처리, 감물염색 전처리를 하였다. 양이온화제 처리조건은 5% ows(on the weight of solution), 70℃, 20분이었고 1:50 액비로 사용하였으며, 감물염색 전처리에서는 발효 감물을 사용하였다.

염액은 열수추출한 염료분말과 에틸알코올추출 염료분말로 각각 150㎖ 염료용액을 만들어 사용하였으며, IR염색기를 이용하여 시작온도 40℃, 인버터 45회 60초, 승온 10분 60℃, 유지 60분 60℃, 냉각 30분 20℃의 과정으로 염색을 진행하였다. 각각의 전처리 후 염색한 결과 양이온화제는 감즙처리에 비해 효과가 떨어지는 것을 확인하였다.

* 전처리(양이온화제, 감물염색)에 따른 일광견뢰도

전처리하지 않은 나일론, 견섬유와 전처리(양이온화제, 감물염색)한 면섬유를 준비하고, KS K 0700에 준하여 일광견뢰도를 측정하였다. 그레이스케일을 이용하여 견뢰도를 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.

열수 추출한 염액에서 염색한 시료의 견뢰도가 더 좋게 나타났으며, 에탄올추출 염료로 염색한 경우 염색포의 염색성은 좋으나 일광견뢰도가 매우 낮은 것을 확인하였다.

* 전처리(양이온화제, 감물염색)에 따른 세탁견뢰도

전처리하지 않은 나일론, 견섬유와 전처리(양이온화제, 감물염색)한 면섬유를 준비하고, KS K 0430, KS K 0903에 따라 세탁견뢰도를 측정하였다. 그레이스케일을 이용하여 견뢰도를 평가한 결과를 표 2에 나타내었다.

양이온화제 전처리 염색포의 세탁견뢰도가 낮은 것을 확인하였으며, 이에 대해 세탁견뢰도를 개선할 수 있는 다른 전처리제를 사용할 필요가 있음을 확인하였다.

3. 키토산, 탄닌, 오배자의 전처리

면, 견, 나일론, 멀티패브릭에 대하여 줄풀 염색 전에 오배자, 키토산, 탄닌으로 각각 전처리하였다. 오배자 전처리는 오배자 분말을 사용하여 액비 1:50, 1% owf의 용액애 피염물을 담가 전처리하였다. 키토산 전처리의 경우 1% 초산수용액에 1% 키토산을 혼합한 후 교반하여 녹인 용액에 피염물을 담가 전처리하였다. 탄닌 전처리에서는 액비 1:40, 5% owf의 농도로, 15분간 60℃에서 90℃로 올린 후 전처리를 진행하였고, 이후 2시간 동안 방냉하였다. 탄닌 처리후 고착제(토주석, 2.5% owf)로 40℃를 유지하여 20분동안 처리하였다.

다음으로 염료 추출 방법(열수, 에탄올)과 전처리제(오배자, 키토산, 탄닌)의 염색 효과를 비교 테스트하였다. 오배자 전처리, 키토산 전처리, 탄닌 전처리한 각각의 면, 견, 나일론직물에 대하여 열수 추출과 에틸알코올 추출한 염액을 각각 사용하여 염색을 실시하였다. IR 염색기를 이용하여 시작 온도 40℃, 인버터 45회 60초, 승온 10분 60℃, 유지 60분 60℃, 냉각 30분 20℃의 조건으로 염색을 실시한 결과 모든 직물에서 염색성이 향상되는 것을 확인하였다(도 1 참조).

* 키토산, 탄닌, 오배자 전처리에 따른 일광견뢰도

면, 견, 나일론에 대해 키토산, 탄닌, 오배자로 전처리 후, 열수 추출 염료 및 에탄올 추출 염료로 각각 염색을 진행하고, KS K 0700에 따라 일광견뢰도 평가하였다. 20 시간 후 변퇴색용 그레이 스케일로 판정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.

전처리 후 염색한 각 피염물에 대한 일광 견뢰도 측정 결과를 보면, 열수 추출 염료를 사용한 염색포에 비해 에탄올 추출 염료를 사용한 염색포의 일광견뢰도가 매우 낮은 것을 알 수 있다.

* 키토산, 탄닌, 오배자 전처리에 따른 땀견뢰도

면, 견, 나일론에 대해 키토산, 탄닌, 오배자로 전처리 후, 열수 추출 염료 및 에탄올 추출 염료로 각각 염색을 진행하고, KS K 0715에 따라 땀견뢰도를 평가하였다. 시험편의 판정은 탈색은 변퇴색용 그레이스케일로 탈색 정도를 판정하고 백면포의 오염 정도는 오염용 그레이스케일로 등급을 정하여 땀견뢰도 평가 결과를 표 4에 나타내었다.

평가 결과, 열수 추출 염료를 사용한 염색포에 비해 에탄올 추출 염료를 이용한 염색포의 땀견뢰도가 낮은 것을 확인하였다.

* 키토산, 탄닌, 오배자 전처리에 따른 세탁견뢰도

면, 견, 나일론에 대해 키토산, 탄닌, 오배자로 전처리 후, 열수 추출 염료 및 에탄올 추출 염료로 각각 염색을 진행하고, KS K 0430 및 KS K 0903에 따라 중성세제에 대한 세탁견뢰도를 평가하였다. 표준광원에서 시험편은 탈색의 정도를, 오염포는 오염의 정도를 그레이스케일로 판정하고, 그 결과를 표 5에 나타내었다.

평가 결과, 열수 추출 염료를 사용한 염색포에 비해 에탄올 추출 염료를 이용한 염색포의 세탁견뢰도가 낮은 것을 확인하였다.

전처리에 따른 염색성 테스트

앞선 실시예에서 견뢰도 결과가 우수한 열수 추출 염색포에 대하여 전처리 효과를 더욱 상세하게 확인하기 위하여 염색성을 비교 테스트하였다.

오배자 전처리한 면직물을 열수추출한 염액에 염색하였다. 또한, 키토산 전처리한 면, 견, 나일론직물을 열수 추출한 염액에 염색하고, 탄닌 전처리한 면, 견, 나일론직물을 열수추출한 염액에 염색하였다.

염색은 IR염색기를 이용하였고, 염색 조건은 시작온도 40℃, 인버터 45회 60초, 승온 10분 60℃, 유지 60분 60℃, 냉각 30분 20℃의 과정으로 진행하였다. 전처리 및 염색 후의 결과를 도 2에 도시하였다. 테스트 결과, 오배자와 키토산에 비해 탄닌 전처리한 염색포의 염색성 향상 효과가 낮은 것을 확인하였다.

* 열수 추출 염료를 사용한 염색포의 땀견뢰도

면, 견, 나일론에 대해 키토산, 탄닌, 오배자로 전처리 후, 열수 추출 염료로 각각 염색을 진행하고, KS K 0715에 따라 땀견뢰도를 평가하였다. 시험편은 변퇴색용 그레이 스케일로, 백면포의 오염 정도는 오염용 그레이스케일로 등급을 정하여 땀견뢰도 평가 결과를 표 6에 나타내었다.

땀견뢰도 측정 결과 산성 땀액 및 알칼리성 땀액에 대해 천연염색 기준으로 모두 우수한 범주에 속하는 것을 확인하였다.

* 열수 추출 염료를 사용한 염색포의 마찰견뢰도

면, 견, 나일론에 대해 키토산, 탄닌, 오배자로 전처리 후, 열수 추출 염료로 각각 염색을 진행하고, KS K 0650에 따라 마찰견뢰도를 측정하였다. 시험포는 변퇴색용 그레이 스케일로, 백면포의 오염 정도는 오염용 그레이 스케일로 등급을 정하여 마찰 견뢰도를 평가한 결과를 표 7에 나타내었다.

평가 결과 모든 피염물에 대해 마찰견뢰도가 우수한 것을 확인하였다.

면직물 염색의 전처리 효과

면직물에 대해 전처리를 달리하는 경우 염색 효과를 확인하기 위하여 다음과 같은 염색 과정을 진행하였다.

1. 오배자, 키토산, 탄닌 전처리

100% 면직물을 정련한 후, 각각 오배자, 키토산, 탄닌으로 전처리하였다. 오배자 전처리는 오배자 분말을 사용하고, 액비 1:50, 1% owf의 조건으로 80℃를 유지하면서 40분 동안 골고루 주물러 전처리를 진행하였다. 키토산 전처리는 1% 초산수용액(물 495㎖, 초산 5㎖)에 1% 키토산(키토산 5g) 처리 후 잘 저어서 녹인 다음, 여기에 면직물 시료를 넣고 40분 동안 골고루 주물렀다. 탄닌 전처리의 경우 액비 1:40, 5%(o.w.f.), 15분간 60℃에서 90℃로 올린 후 시료를 담구고 잘 주무른후 2시간 동안 방냉하였다. 탄닌 처리후 고착제(토주석, 2.5% owf)를 녹인 후 40℃를 유지하며 20분동안 골고루 주물렀다.

전처리 결과, 오배자와 키토산은 색상변화가 없으나 탄닌은 처리후 색상변화를 나타내었다. 따라서, 담색 염색의 경우는 오배자나 키토산으로 전처리하는 것이 바람직함을 확인하였다.

2. 발효감즙 전처리

면직물에 발효 감즙으로 전처리하였다. 40분 동안 흡수가 잘 되도록 주무른 후, 일광견뢰도 향상을 위해 발색처리 하였다. 160℃의 건조오븐에서 5분간 열발색하였다. 전처리 결과, 일광견뢰도 향상을 위해 감즙처리 후 실시하는 열발색은 색상이 진하므로 담색 염색의 경우에는 적당하지 않음을 확인하였다.

염색 공정 최적화

각종 전처리에 대해서 염료의 농도, 온도, pH, 염색 시간 등을 변화시켜 염색 정도를 확인하기 위해 다음과 같은 염색 공정을 진행하였다.

1. 농도에 따른 염색성

염료 농도를 변인으로 하여 염료 농도(owf) 10%, 30%, 50%, 100%, 200%, 500% 으로 변화시켜 염색을 실시하였다. 키토산, 탄닌, 감즙, 오배자로 전처리한 면직물 시료에 대해 IR염색기로 염색하였으며, 염색 조건은 시작온도 30℃, 인버터 45회/60s, 승온 20분, 100℃ 유지 80분, 냉각 20분 30℃의 과정으로 진행하였다. 감즙 전처리에는 발효감즙을 이용하였고, 건조 오븐에서 160℃, 5분 동안 열발색 처리하였다.

농도에 따른 염색성 결과를 도 3a 및 3b에 도시하였다. 도 3b에서 수평축은 농도(owf), 수직축은 염착농도(K/S)를 각각 나타낸다. 농도에 따른 염색성 테스트 결과, 염료 농도가 높아질 수록 염색 정도가 진하고 선명한 것을 알 수 있으며, 50 ~ 500%의 농도 범위가 최적인 것을 확인하였다.

2. 온도에 따른 염색성

염료농도 500%에 대해, 염료 온도를 변인으로 하여 염료 온도를 40℃, 60℃, 80℃, 100℃, 120℃로 변화시켜 염색을 수행하였다. 키토산, 탄닌, 감즙, 오배자로 각각 전처리한 면직물 시료에 대해 IR염색기로 염색하였으며, 염색 조건은 시작온도 30℃, 인버터 45회/60s, 승온 20분, 유지 80분, 냉각 20분 30℃의 과정으로 진행하고, 그 결과를 도 4a 및 4b에 도시하였다. 도 4b에서 수평축은 온도(℃), 수직축은 염착농도(K/S)를 각각 나타낸다. 염료 온도가 높아질 수록 염색 정도가 진하고 선명한 것을 알 수 있으며, 40 ~ 120℃의 범위가 최적임을 확인하였다.

3. 염색 시간에 따른 염색성

염료농도 100%, 염색온도 120℃에 대해, 염색 시간을 변인으로 하여 염료 시간을 각각 20분, 40분, 60분, 80분, 100분, 120분으로 변화시켜 염색을 수행하였다. 키토산, 탄닌, 감즙, 오배자로 각각 전처리한 면직물 시료에 대해 IR염색기로 염색하였으며, 염색 조건은 시작온도 30℃, 인버터 45회/60s, 승온 20분, 유지 80분, 냉각 20분 30℃의 과정으로 진행하고, 그 결과를 도 5a 및 5b에 도시하였다. 도 5b에서 수평축은 시간(분, min), 수직축은 염착농도(K/S)를 각각 나타낸다. 염료 시간이 증가할 수록 염색 정도가 진하고 선명한 것을 알 수 있으며, 최적 시간은 40 ~ 100분 이었다.

4. pH에 따른 염색성

염료농도 100%, 염색온도 100℃에 대해, 염료의 pH를 3 ~ 11로 변화시켜 염색을 수행하였다. 키토산, 탄닌, 감즙, 오배자로 각각 전처리한 면직물 시료에 대해 IR염색기로 염색하였으며, 염색 조건은 시작온도 30℃, 인버터 45회/60s, 승온 20분, 유지 80분, 냉각 20분 30℃의 과정으로 진행하고, 그 결과를 도 6에 도시하였다. 염료의 pH값의 변화에 따라 염색 정도가 달라졌으며, pH 3 ~ 7의 범위에서 최적의 염색이 이루어졌다.

기능성 테스트

1. 키토산 전처리 줄풀염색 면직물의 기능성

본 발명에 따라 키토산으로 전처리한 후 줄풀 염료로 염색한 면직물에 대해 자외선 차단성, 소취성 및 항균성을 테스트하였다.

피염물 시료에 대해 UV-VISIBLE-NIR Spectrophotometer를 사용하여 KS K 0850:2009에 따라 자외선 차단 테스트를 진행하였다.

자외선 차단 지수 : UPF, 자외선 315 ~ 400 nm 사이의 투과율 : T(UV-A), 자외선 290 ~ 315 nm 사이의 투과율 : T(UV-B), 자외선 315 ~ 400 nm 사이의 차단율 : UV-A, 자외선 290 ~ 315 nm 사이의 차단율 : UV-B 을 조사한 결과, 표 8에서와 같이 자외선 차단 지수가 50+ 이었고, 차단율이 매우 우수한 것을 확인하였다.

UPF	T(UV-A), %	T(UV-B), %	UV-A, %	UV-B, %
50+	1.7	1.5	98.3	98.5

소취성은 JTETC (일본 섬유평가기술협의회 시험법)에 따라 5L의 테트라백에 10×10cm의 제시 시료를 넣고, 초기 농도로 조정한 가스 3L를 주입한 후, 2시간 경과한 다음 검지관으로 측정하였다. 암모니아 3La를 검지관으로 사용하였다. 소취성능 평가 결과는 표 9와 같으며 감소율이 매우 우수한 것을 확인하였다.

	암모니아 농도 (ppm)
	초기 농도	2시간 후
Blank (공시험)	100.0	99.5
시 료	100.0	0.0
감소율 (%)	-	99.9

황색포도상구균 Staphylococcus aureus (ATCC 6538)을 사용하여 항균성을 테스트하였다.

증식값 대조구의 증식값(Mb/Ma = 31.6 이상일때 유효), 황색포도상구균 51.8 이었고, 비이온계면활성제로 TWEEN 80 (0.05%)을 사용하였으며, 정균감소값 : (log Mb - log Mc), 정균감소율 : (Mb - Mc)×100/Mb 을 조사하여 표 10에 나타내었다. 여기서 Ma는 대조편의 접종직후 생균수, Mb는 대조편의 18시간 배양 후 생균수, Mc는 시료의 18 시간 배양 후 생균수를 각각 나타낸다. 도 7a 및 7b는 각각 대조군과 키토산 전처리 후 줄풀염색한 시료에 대한 배양 사진이다.

시료의 18시간 배양후 생균수는 20 이하이었고, 정균 감소율이 매우 높아 항균성이 뛰어난 것을 확인하였다.

2. 탄닌 전처리 줄풀염색 면직물의 기능성

탄닌으로 전처리한 후 줄풀 염료로 염색한 면직물에 대해 자외선 차단성, 소취성 및 항균성을 전술한 방법과 동일한 방식으로 테스트하였다.

자외선 차단 테스트 결과, 표 11에서와 같이 자외선 차단 지수가 50+ 이었고, 차단율이 매우 우수한 것을 확인하였다.

UPF	T(UV-A), %	T(UV-B), %	UV-A, %	UV-B, %
50+	1.8	1.5	98.2	98.5

소취성능 평가 결과는 표 12와 같으며 감소율이 매우 우수한 것을 확인하였다.

항균성을 테스트 결과 시료의 18시간 배양후 생균수는 1.3×10₃ 이었고, 표 13에 나타낸 바와 같이 정균 감소율이 매우 높아 항균성이 뛰어난 것을 확인하였다. 우수한 결과를 나타내었다. 도 8a 및 8b는 각각 대조군과 탄닌 전처리 후 줄풀염색한 시료에 대한 배양 사진이다.

3. 감즙 전처리 줄풀염색 면직물의 기능성

감즙으로 전처리한 후 줄풀 염료로 염색한 면직물에 대해 자외선 차단성, 소취성 및 항균성을 전술한 방법과 동일한 방식으로 테스트하였다.

자외선 차단 테스트 결과, 표 14에서와 같이 자외선 차단 지수가 50+ 이었고, 차단율이 매우 우수한 것을 확인하였다.

UPF	T(UV-A), %	T(UV-B), %	UV-A, %	UV-B, %
50+	0.9	0.8	99.1	99.2

소취성능 평가 결과는 표 15와 같으며 감소율이 매우 우수한 것을 확인하였다.

항균성을 테스트 결과 시료의 18시간 배양후 생균수는 20 미만이었고, 표 16에 나타낸 바와 같이 정균 감소율이 매우 높아 항균성이 뛰어난 것을 확인하였다. 우수한 결과를 나타내었다. 도 9a 및 9b는 각각 대조군과 감즙 전처리 후 줄풀염색한 시료에 대한 배양 사진이다.

4. 오배자 전처리 줄풀염색 면직물의 기능성

오배자로 전처리한 후 줄풀 염료로 염색한 면직물에 대해 자외선 차단성, 소취성 및 항균성을 전술한 방법과 동일한 방식으로 테스트하였다.

자외선 차단 테스트 결과, 표 17에서와 같이 자외선 차단 지수가 50+ 이었고, 차단율이 매우 우수한 것을 확인하였다.

UPF	T(UV-A), %	T(UV-B), %	UV-A, %	UV-B, %
50+	2.0	1.8	98.0	98.2

소취성능 평가 결과는 표 18과 같으며 감소율이 매우 우수한 것을 확인하였다.

항균성을 테스트 결과 시료의 18시간 배양후 생균수는 20 미만이었고, 표 19에 나타낸 바와 같이 정균 감소율이 매우 높아 항균성이 뛰어난 것을 확인하였다. 우수한 결과를 나타내었다. 도 10a 및 10b는 각각 대조군과 오배자 전처리 후 줄풀염색한 시료에 대한 배양 사진이다.

이와 같이 키토산, 탄닌, 감즙, 오배자로 전처리한 후 줄풀염색한 시료의 경우 자외선 차단성이 우수하고, 소취성이나 항균성 역시 우수하여 침구나 의류 및 각종 기능성 직물에 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

Claims

줄풀로부터 열수 추출법 또는 용매 침출법으로 염료를 추출하고,
피염물을 오배자, 키토산, 탄닌, 또는 감즙으로 전처리하고,
전처리한 피염물에 줄풀로부터 추출된 염료로 염색하는 단계를 포함하는
줄풀 천연 염색 방법.
제1항에 있어서,
줄풀에서 추출된 염료를 농축하고 건조하여 분말화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 줄풀 천연 염색 방법.
제1항에 있어서,
오배자로 전처리하는 경우 액비 1:10 ~ 1:100의 범위로, 오배자 농도 0.1% ~ 5% owf의 용액에 피염물을 담가 전처리하는 것을 특징으로 하는 줄풀 천연 염색 방법.
제1항에 있어서,
키토산으로 전처리하는 경우 초산수용액에 0.1wt% ~ 5wt% 의 키토산을 용해시킨 용액에 피염물을 담가 전처리하는 것을 특징으로 하는 줄풀 천연 염색 방법.
제1항에 있어서,
탄닌으로 전처리하는 경우 액비 1:10 ~ 1:100의 범위로, 탄닌 농도 0.1 ~ 10% owf의 용액에 피염물을 담가 전처리하는 것을 특징으로 하는 줄풀 천연 염색 방법.
제1항에 있어서,
감즙으로 전처리하는 경우 발효 감즙을 사용하여 전처리하고 햇빛이나 건조오븐에서 열발색하는 것을 특징으로 하는 줄풀 천연 염색 방법.
제1항에 있어서,
피염물이 면직물인 경우 줄풀 염료는 열수 추출법으로 추출하는 것을 특징으로 하는 줄풀 천연 염색 방법.
제1항에 있어서,
줄풀 염료로 염색할 때 염료의 농도(owf)는 50% ~ 500% 인 것을 특징으로 하는 줄풀 천연 염색 방법.
제1항에 있어서,
줄풀 염료로 염색할 때 염료의 온도는 40℃ ~ 120℃ 인 것을 특징으로 하는 줄풀 천연 염색 방법.
제1항에 있어서,
줄풀 염료로 염색할 때 염색 시간은 40 ~ 100분 인 것을 특징으로 하는 줄풀 천연 염색 방법.
제1항에 있어서,
줄풀 염료로 염색할 때 염료의 pH는 3 ~ 7 인 것을 특징으로 하는 줄풀 천연 염색 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 따른 방법으로,
전처리 과정 및 줄풀 염료 염색을 통해 제조된 줄풀 천연 염색 피륙.