KR102002258B1 - 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 출원은 셀룰로오스 나노화이버를 천연매염제로 이용하는 염색방법에 관한 것으로서, 셀룰로오스 나노화이버 현탁액에 치자 추출물 혼합하여 염색액을 제조하는 염색방법에 관한 것이다. 이를 통하여, 인체에 무해한 염색방법을 제공하며, 염색성 및 견뢰도가 우수한 염색방법을 제공한다.

Description

천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법{METHOD OF DYEING WITH GARDENIA EXTRACT AND NATURAL MORDANT}

본 출원은 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체에 무해한 셀룰로오스 나노화이버를 천연 매염제로 사용하고, 황색 염료로 알려진 치자를 셀룰로오스 나노화이버 현탁액에 직접 혼합하여 염색을 수행하는 방법에 관한 것이다.

웰빙에 관하여 관심과 고민이 깊어짐에 따라, 위생 및 건강 개선의 기능성을 고려하고, 환경 친화적, 인간 친화적인 기능에 높은 가치를 부여하고 있다. 특히, 의류나 침구류의 경우 일상생활에서 인간이 항상 접촉하는 물건이면서도, 인체에 유해할 수 있으므로, 천연물에서 유래한 생활용품이 주목받고 있다.

섬유의 종류, 용도에 따라 사용되는 염료는 거의 한정되어 있다. 이것은 염색을 할 때에 생기는 섬유와 염료사이의 결합방식이 섬유의 종류와 염료의 반응방식에 의해 정해지며, 다른 방식에서는 염색이 불완전하여 소정의 색상을 얻기가 어렵기 때문이다.

셀룰로오스계 섬유의 경우, 직접염료, 황화염료, Vat 염료, 나프톨 염료 또는 반응염료 등이 주로 사용되며, 양모 또는 견모의 경우 산성염료, 산성매염염료, 금속착염염료 또는 반응 염료 등이 주로 사용되며, 매염제는 주로 화학적으로 합성되므로 피부에 악영향을 미치며, 아토피 등을 유발하는 경우도 있다.

따라서, 천연물 유래의 염색이 대안으로서 각광을 받고 있으나 천연물 유래의 염색은 염착성이 낮아 산업상 이용이 활발하지 않은 문제점이 있었으며, 염착성을 높이기 위한 가공이나 조작으로 섬유의 내구성이 낮아지거나 특성이 변하는 문제점이 있었다.

또한, 매염은 염색 전후에 피염물에 처리하여 발색과 염액의 고착을 돕는 과정을 말하며, 피염물과 염료가 결합하는 성질을 높이고, 염색 견뢰도를 높이며, 염료 흡착을 촉진하고 염색직물의 색상을 높이는 작용을 한다.

매염에는 염색 전에 하는 선매염과 염색 후에 하는 후매염이 있고, 염액에 매염제를 넣어 매염과 동시에 염색하는 동시 매염과 염료에 따라 매염을 하지 않는 무매염도 있다. 매염제로서 주로 사용되는 것은 알루미늄염(백반, 아세트산알루미늄 등), 크로뮴염(크로뮴백반, 다이크로뮴산염, 염화크로뮴 등), 철염(황산철, 아세트산철 등) 등이 있다. 금속 이온의 종류에 따라 색이 달라지는 경우가 많다. 금속염들은 염료와 결합해서 불용성인 레이크가 되어 섬유에 고착한다.

다만, 이러한 매염제 역시 인체에 유해한 합성 매염제가 대부분이다. 따라서, 인체에 무해하면서도 매염제로써 유용하게 사용될 수 있는 천연물질로 이루어진 매염제에 대한 요구가 지속되고 있다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 천연 매염제를 이용한 인체에 무해한 염색 방법을 제공한다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 견뢰도가 우수한 염색 방법을 제공한다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 기능성이 우수한 염색 방법을 제공한다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 치자 추출물을 이용한 황색 염색 방법을 제공한다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 천연 매염제로서 셀룰로오스 나노화이버를 사용한 염색 방법을 제공한다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 셀룰로오스 나노화이버의 현탁액에 치자 추출물 직접 혼합하여 염색액으로 이용하는 염색 방법을 제공한다.

본 출원은 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법에 관한 것이다.

일 예시로서, 피염물을 준비하는 단계; 상기 피염물을 정련하는 단계; 셀룰로오스 나노화이버(cellulose nanofiber) 현탁액에 치자 추출물을 추가한 혼합물로, 상기 정련된 피염물을 염색하는 단계; 상기 염색된 피염물을 세척하는 단계; 및 상기 세척된 피염물을 건조하는 단계를 포함하며, 상기 혼합물은 치자 추출물과 셀룰로오스 나노화이버 현탁액이 중량비로 1 : 10 내지 30으로 혼합된다.

일 예시로서, 피염물은 면, 마, 레이온, 모 및 실크 중 어느 하나이다.

일 예시로서, 셀룰로오스 나노화이버 현탁액은 셀룰로오스 나노화이버가 0.5 내지 3.5 중량%로 포함된다.

일 예시에서, 셀룰로오스 나노화이버와 치자 추출물의 크로신(crocin)이 화학적 결합을 이룬다.

일 예시로서, 피염물을 준비하는 단계; 상기 피염물을 정련하는 단계; 셀룰로오스 나노화이버 및 치자 추출물이 중량비로 1: 5 내지 100로 포함되는 혼합물로, 상기 정련된 피염물을 50 내지 110℃에서 20 내지 100분 동안 염색하는 단계; 상기 염색된 피염물을 세척하는 단계; 및 상기 세척된 피염물을 건조하는 단계를 포함하며, 상기 염색하는 단계에서, 염색 온도가 증가하면, 염색 시간이 감소한다.

일 예시로서, 상기 염색하는 단계는, 100 ℃에서 30분 동안 염색이 실시된다.

일 예시로서, 상기 염색하는 단계는, 60 ℃에서 90분 동안 염색이 실시된다.

일 예시로서, 이러한 방법은, 상기 건조된 피염물을 치자 추출물 단독으로 염색하는 단계를 추가로 포함한다.

본 출원은 셀룰로오스 나노화이버로 이루어진 천연 매염제로서, 셀룰로오스 나노화이버 0.5 내지 3.5 중량% 및 잔부 물로 혼합되어 사용되는 천연 매염제를 제공한다.

일 예시로서, 셀룰로오스 나노화이버는 0.5 내지 1.5 중량%로 포함된다.

본 출원은 치자 추출물로 염색된 피염물로서, 전술한 천연 매염제인 셀룰로오스 나노화이버의 현탁액과 치자 추출물의 혼합물에 의하여 염색된 피염물을 제공한다.

일 예시로서, 피염물은 면, 마, 레이온, 모 및 실크 중 어느 하나이다.

일 예시로서, 혼합물은 치자 추출물과 셀룰로오스 나노화이버 현탁액이 중량비로 1 : 10 내지 30으로 혼합된다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 천염 매염재를 이용하여 인체에 무해한 염색 방법을 제공할 수 있다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 셀룰로오스 현탁액을 직접 이용하는 염색 방법을 제공할 수 있다.

또한, 견뢰도 및 기능성이 우수한 염색 방법을 제공한다. 또한, 치자 추출물을 이용한 황색 염색 방법을 제공한다.

도 1은 본 출원의 일 실시예인 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 2는 여러 직물 샘플을 셀룰로오스 나노화이버가 포함된 경우와 포함하지 않은 경우 치자 추출물로 염색한 후, 측정한 색채특성을 보여주는 그래프이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

염색이란 염액 중의 염료가 물 등의 매체를 통해 섬유, 필름, 피역 등의 피염물 내부로 이행하여, 피염물과 물리화학적 반응에 의해 결합되어 어느 정도의 견뢰도를 가지는 것을 말한다. 섬유와 염료의 조합에 따라 염착기구가 달라지며, 농도, pH, 욕비, 조제 등의 염색조건에 따라 염색성이 달라진다. 본 출원은 천연 매염제인 셀룰로오스 나노화이버를 이용하여, 우수한 견뢰도를 갖는 치자 염색 방법을 제공한다.

견뢰도(fastness)란 염색물 빛깔의 여러 내적 또는 외적 조건에 대한 저항성 및 내구성의 정도를 나타내는 것으로서 일광견뢰도, 세탁견뢰도, 수세견뢰도, 마찰견뢰도, 해수견뢰도, 염소견뢰도, 다림질견뢰도, 드라이크리닝견뢰도, 땀견뢰도 또는 승화견뢰도 등이 있으나, 특히 내광 견뢰도와 세탁 견뢰도가 중요하다. 염색된 섬유품은 제조공정 중 또는 사용 중 용도에 적합한 성능과 사용조건에 대한 충분한 저항력, 내구력이 요구되는데, 일광, 세탁, 비바람, 땀, 마찰, 물, 염소표백, 해수, 드라이클리닝 등 여러 작용을 받을 경우 퇴색 또는 변색하게 된다. 이러한 외적 조건에 대한 색의 저항성이 염색견뢰도인데, 염색물의 성능을 평가하는 데 가장 중요한 항목이 된다. 염색견뢰도는 염료의 성질, 염료의 염착상태, 염착량, 섬유의 성질, 피염물의 표면상태, 섬유상의 가공제 등에 의해 상당한 차이가 생긴다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 천연 매염제 및 치자 추출물을 이용한 염색 방법을 설명하며, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 천연 매염제 및 치자 추출물을 이용한 염색 방법의 범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 출원의 일 실시예인 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법에 대한 플로우 차트이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 먼저, 피염물을 준비한다(S110). 피염물은 동물성 직물 및 식물성 직물 모두 가능하다. 구체적으로, 피염물은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 면, 마, 레이온, 모 및 실크 중 어느 하나이다.

그리고, 준비된 피염물을 정련한다(S120). 정련은 섬유에 들어 있는 이물질이나 화학성분을 없애고 표백이나 염색을 완전하게 하기 위한 준비 과정을 말한다.　 여기서, 피염물을 정련하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 이용되는 정련 방법이 이용될 수 있다. 더불어, 각 피염물에 따라 정련 방법은 상이할 수 있다. 그리고, 하기 실험예에서 바람직한 정련 방법 및 조건을 설명한다. 다만, 이러한 정련 방법 및 조건 등에 본 출원이 한정되는 것은 아니다.

그리고, 셀룰로오스 나노화이버(cellulose nanofiber) 및 치자 추출물의 혼합물을 이용하여, 정련된 피염물을 염색한다(S130).

치자(Gardenia Jasminoides)는 기후가 온난한 해안지대를 좋아하는 상록수이고, 잎은 광택이 있고 6월에 피는 백색꽃에는 짙은 향기가 있어 아름다운 조경수로 각광받고 있다. 치자 열매는 무공해 천연염료로 또는 공업용과 약용으로 널리 쓰인다. 특히 치자는 황색 또는 노란색의 염색에 이용되는데, 크로신(crocin)에 의한다. 크로신은 하기와 같은 화학식 1로 나타낸다.

[화학식 1]

셀룰로오스 나노화이버는 천연물로서, 셀룰로오스 나노화이버는 셀룰로오스 사슬이 다발을 이루며 빽빽하게 결합한 나노 또는 마이크로미터 크기의 막대형태 입자 혹은 섬유를 의미한다. 셀룰로오스는 하기 화학식 2로 나타낸다.

[화학식 2]

본 출원에서는 이러한 셀룰로오스 나노화이버는 천연 매염제로 사용된다. 매염은 염색 전후에 피염물에 처리하여 발색과 염액의 고착을 돕는 과정을 말하며, 피염물과 염료가 결합하는 성질을 높이고, 염색 견뢰도를 높이며, 염료 흡착을 촉진하고 염색직물의 색상을 높이는 작용을 한다. 따라서 섬유 염색을 매개하는 조작이라 할 수 있다.

본 출원의 일 예시로서, 셀룰로오스 나노화이버(cellulose nanofiber) 현탁액에 치자 추출물을 추가한 혼합물을 이용한다. 셀룰로오스 나노화이버 현탁액은 셀룰로오스 나노화이버가 2.5 내지 3.5 중량%로 포함된 것이며, 잔부는 물일 수 있다. 여기서, 치자 추출물과 셀룰로오스 나노화이버 현탁액이 중량비로 1 : 10 내지 30으로 혼합되는 것이 바람직하다. 본 출원에서는 이러한 비율로 포함된 혼합물을 현탁액이라고 지칭한다.

이러한 현탁액을 직접 염색에 이용하는 것이 본 출원의 특징 중 하나이다. 이를 통하여, 염색성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 셀룰로오스 나노화이버와 치자 추출물의 크로신(crocin)이 화학적 결합을 이룬다.

본 출원의 다른 예시로서, 셀룰로오스 나노화이버(cellulose nanofiber) 희석액에 치자 추출물을 추가한 혼합물을 이용한다. 셀룰로오스 나노화이버 및 치자 추출물이 중량비로 1: 5 내지 100로 포함되는 혼합물로, 상기 정련된 피염물을 50 내지 110℃에서 20 내지 100분 동안 염색하는 것이 바람직하다.

즉, 고온인 100℃에서 염색을 실시하는 경우 30분 동안 염색이 실시하는 것이 바람직하고, 저온인 60℃에서 염색을 실시하는 경우 90분 동안 염색이 실시하는 것이 바람직하다.

그리고, 염색된 피염물을 세척한다(S140). 여기서, 피염물을 세척하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 이용되는 세척 방법이 이용될 수 있다. 어떠한 염료가 피염물로부터 나오지 않을 때까지 세척을 실시할 수 있다. 특히, 20 내지 40 ℃, 보다 바람직하게는 30 ℃에서 세척을 실시할 수 있다. 더불어, 하기 실험예에서 바람직한 세척 방법 및 조건을 설명한다. 다만, 이러한 세척 방법 및 조건 등에 본 출원이 한정되는 것은 아니다.

필요에 따라서, 1회 이상 즉, 2회 또는 3회 등 복수의 세척을 실시하여, 본 출원이 의도하는 세척된 피염물을 제공할 수 있다.

그리고, 세척된 피염물을 건조한다(S150). 여기서, 피염물을 건조하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 이용되는 건조 방법이 이용될 수 있다. 하나의 예로서, 자연 건조시킬 수 있다. 더불어, 하기 실험예에서 바람직한 건조 방법 및 조건을 설명한다. 다만, 이러한 건조 방법 및 조건 등에 본 출원이 한정되는 것은 아니다.

또한, 이러한 방법은, 상기 건조된 피염물을 치자 추출물 단독으로 염색하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 출원이 목적하는 바에 따라, 염색은 2회 이상 실시할 수 있다. 예를 들어, 2회 염색을 실시하는 경우, 1회차의 염색 방법 및 조건과 2회차의 염색 방법 및 조건이 동일하여도 무방하고, 일부 방법 및 조건이 상이하여도 무방하다.

또한, 본 출원은 셀룰로오스 나노화이버로 이루어진 천연 매염제로서, 상기 천연 매염제는 셀룰로오스 나노화이버 0.5 내지 3.5 중량% 및 잔부 물로 혼합되어 사용되는 천연 매염제를 제공한다. 셀룰로오스 나노화이버 0.5 내지 1.5 중량%로 포함되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 출원은 이러한 방법, 구체적으로 셀룰로오스 나노화이버 현탁액을 이용하여 제조된 피염물을 제공한다.

구체적으로, 본 출원은 천연 매염제인 셀룰로오스 나노화이버의 현탁액과 치자 추출물의 혼합물에 의하여 염색된 피염물을 제공한다. 피염물은 면, 마, 레이온, 모 및 실크 중 어느 하나이다. 치자 추출물과 셀룰로오스 나노화이버 현탁액이 중량비로 1 : 10 내지 30으로 혼합된다.

이하, 실험예를 통하여, 본 출원을 보다 상세히 설명한다.

( 실험예 1)

천연매염제의 특성을 확인하기 위하여, 다양한 조건에서 염색을 실시하였다. 먼저, 레이온과 실크를 피염물로 사용하였다. 사용된 직물의 구체적인 스펙은 하기 표 1에 나타내었다.

레이온은 증류수(600ml)와 비누(0.8g)를 이용하여, 70℃에서 30분간 정련하였다. 실크는 증류수(100ml), 비누(3.2g) 및 Na₂CO₃ (0.8g)를 이용하여, 90℃에서 15분간 정련하였다.

치자 분말은 원산지는 대한민국 전남 화순군 동북면 안성리 84번지(공급원: 삼홍물산)에서 생산한 시판 제품을 사용하였다. 셀룰로오스 나노화이버(CNF)는 ㈜아시아 나노셀룰로오스의 제품을 사용하였다. CNF의 구체적인 스펙은 표 2에 나타내었다. 타입으로는 B5, O1 2가지 종류의 CNF을 사용하였다. 두 타입의 스펙은 표 2에 나타난 것과 동일하며 CNF O1이 B5에 비하여 좀 더 묽다.

치자 추출물은 액비 1:20으로 온도 90℃에서 20분 동안 추출하였다. 추출물의 pH는 6으로 중성이었다.

치자 추출물 1L에 정련된 면을 넣어 80℃에서 1시간 동안 교반 염색하였다. 변화를 준 조건으로는 치자 추출물 + CNF(B5) 5g, 치자 추출물 + CNF(O1) 5g을 각 레이온/실크 직물에 염색하였다. 이후 증류수에 2회 수세한 뒤 건조하였다. 염액의 pH는 6으로 중성이었다.

염색한 직물의 색채 특성으로는, 분광광도계(Spectrophotometer, COLOR-EYE 3100, Macbeth^ⓡ, USA)를 사용하여 D65-10 광원의 조건 하에 CIE의 L*, a*, b* 값을 측정하였다. 염색 전/후의 탁도를 측정하기 위하여 탁도 측정기(ATAGO, REFRACTOMETER, PAL-1, JAPAN)를 사용하였다. 또한, 염색 전/후의 당도를 측정하기 위하여 당도 측정기(Lutron, TURBIDITY METER, TU-2016, TAIWAN)를 사용하였다. 각각에 대한 Lab, 탁도 및 당도를 측정하여, 하기 표 3 내지 5에 각각 나타내었다.

표 3 내지 표 5에 도시한 바와 같이, 전체적으로 CNF(B5)의 L값이 더 낮게 나와, 색상 견뢰도는 CNF(B5)가 비교적 우수하였다. 또한, 치자 추출물(Gardenia extract) + CNF(B5) 5g + 레이온의 경우 탁도가 증가하였지만, 전반적으로 염색 후 탁도가 감소하였기 때문에, 염료가 섬유에 잘 고착했다고 판단할 수 있었다. 그리고, 당도는 100g당 물 안에 녹아있는 당의 g을 의미한다. 전반적으로 염색 후 당도가 증가하였으므로, 당 성분인 CNF는 염색 후 염액 내 잔류했을 가능성이 높았다.

( 실험예 2)

추가적인 실험을 위하여, 면, 레이온 및 실크를 피염물로 사용하였다. 사용된 직물의 구체적인 스펙은 하기 표 6에 나타내었다.

면은 증류수(400ml) 및 NaOH (1g)를 이용하여, 100℃에서 30분간 정련하였다. 레이온 및 실크는 실험예 1에서와 동일한 방법으로 정련하였다. 또한, 치자 분말 및 CNF는 실험예 1과 동일한 제품을 사용하였다. 치자 추출물 역시 실험예 1과 동일한 방법으로 추출하였다.

치자 추출물 800 mL에 정련된 면을 넣어 80℃에서 1시간 동안 교반 염색하였다. 변화를 준 조건으로는 치자 추출물 + CNF(B5) 10g, 치자 추출물 + CNF(O1) 10g을 각 면/레이온/실크 직물에 염색하였다. 이후 증류수에 2회 수세한 뒤 건조하였다. 염액의 pH는 6으로 중성이었다.

실험예 1과 동일한 방법으로 각 염색된 직물에 대한 Lab, 탁도 및 당도를 측정하여, 하기 표 7 내지 9에 각각 나타내었다.

표 7 내지 9에 도시한 바와 같이, 색상 견뢰도는 실크는 CNF(O1) 및 CNF(B5)의 L값이 낮았고, 면과 레이온은 CNF(O1) 및 CNF(B5)의 L값이 높았다. 탁도는 염색 후 CNF(B5)의 경우 면과 실크는 증가하였고, 레이온는 감소하였다. CNF(O1)은 면만 증가하였고, 레이온과 실크는 감소하였다. 당도는 CNF(B5)의 경우 면만 당도가 증가하였고, 레이온과 실크는 감소하였다. CNF(O1)은 면만 감소하였고 레이온과 실크 섬유는 증가하였다.

( 실험예 3)

천연염색의 견뢰도 증진을 위해, CNF(A1, B1(증발), B5, O1)가 매염제로서 역할을 하는지 확인하기 위하여 실험을 추가적으로 실시하였다. 천연염색을 위한 염료로서 치자 분말을 사용하여 CNF(A1, B1(증발), B5, O1)를 동시매염 처리한 뒤, 염색 전/후로 당도와 탁도를 비교하고, 염색 후 색차계를 통해 염색견뢰도를 비교하였다.

인견을 피염물로 사용하였다. 사용된 직물의 구체적인 스펙은 하기 표 10에 나타내었다.

인견(88g)은 증류수(100ml), 비누(30g) 및 Na₂CO₃ (60g)를 이용하여, 100℃에서 60분간 정련하였다.

또한, 치자 분말 및 CNF는 실험예 1과 동일한 제품을 사용하였다. 치자 추출물 역시 실험예 1과 동일한 방법으로 추출하였다.

치자 추출물 800 mL에 정련된 면을 넣어 80℃에서 1시간 동안 교반 염색하였다. 변화를 준 조건으로는 치자 추출물 + CNF(A1, B1(증발), B5, O1) 5g을 인견 직물에 염색하였다. 이후 증류수에 2회 수세한 뒤 건조하였다. 염액의 pH는 6으로 중성이었다.

실험예 1과 동일한 방법으로 각 염색된 직물에 대한 Lab, 탁도 및 당도를 측정하여, 하기 표 11 내지 13에 각각 나타내었다.

표 11 내지 표 13에 도시한 바와 같이, 색상 견뢰도는, 치자 추출물로 단독 염색한 것보다 CNF를 포함한 경우 L값이 낮은 것으로 나타났다. 특히, 염색 후에 Gardenia extract dyeing + CNF B5 5g의 L값이 가장 낮았다. 그러나, 모든 샘플에서의 L값의 차이는 크지 않았다. 모든 샘플에서 염색후 탁도가 낮아진 것으로 확인되었으며, 이를 통해서, 염료가 섬유에 고착되었음을 확인할 수 있었다. 염색 후 전반적으로 당도가 증가했으나, Gardenia extract dyeing + CNF B1 5g의 경우 염색 시 당도가 감소했다.

( 실험예 4)

실험예 3과 동일한 방법으로 1차 염색을 실시하고, 세척 및 건조한 후, 치자 추출물만으로 2차 염색을 다시 실시하고, 1차 염색과 같이, 세척 및 건조를 실시하였다.

실험예 1과 동일한 방법으로 각 염색된 직물(1차 염색 및 2차 염색 전후)에 대한 Lab, 탁도 및 당도를 측정하여, 하기 표 14 내지 19에 각각 나타내었다.

CNF를 포함하는 경우 전반적으로 치자 추출물 단독으로 염색한 경우보다 L값이 낮은 것으로 확인되었다. 특히, 2차 염색 후에 Gardenia extract dyeing + CNF B1 (Evaporation) 5g의 L값이 가장 낮았다. 그런데 2차 염색 시, Gardenia extract dyeing + CNF B5 5g와 Gardenia extract dyeing + CNF O1 5g의 L값이 증가하였다.

탁도의 경우 1,2차 염색 후 대부분 낮아졌으나, 2차 염색 시 Gardenia extract dyeing + CNF B1 (Evaporation) 5g와 Gardenia extract dyeing + CNF O1 5g의 값이 두 배에 가깝게 증가하였다. 2차 염색 시 섬유에 고착되어있던 염료가 염색 중 다시 나온 것으로 추측된다.

Gardenia extract dyeing + CNF O1 5g의 경우 1,2차 염색 후 당도가 모두 감소하였다. Gardenia extract dyeing + CNF B5 5g의 경우 1,2차 염색 후 당도가 모두 증가하였다.

( 실험예 5)

풍기 인견을 피염물로 사용하였다. 11장의 25X25(cm)의 풍기인견을 준비하고, 욕비 1:50에 Na₂CO₃ 1% 수용액과 계면활성제 0.5% 수용액을 100℃가 되면 60분간 가열하여 정련하였다.

치자분말와 증류수를 1:20으로 준비하고, 90℃가 되면 분말을 넣고 20분간 잘 혼합하고, 불순물을 걸러낸 후 염색을 실시하였다. 800ml의 치자 추출물 + CNF 종류 모두 5g을 약 100℃가 되면, 각각 30, 60분간 가열하여 염색하였다. 800ml의 치자 추출물 + CNF 종류 모두 5g을 약 60℃가 되면 각각 30, 60분간 가열하여 염색한다. 염색 전, 염색 30분 후, 염색 60분 후, 염색 90분 후의 당, 탁도 기록를 기록하였으며, 염색 30분 후, 염색 60분 후, 염색 90분 후의 염액의 색상 값 기록하여, 표 20(인견, 100℃ 염색), 표 21(인견, 60℃ 염색), 표 22(염액, 100℃ 염색), 표 23(염액, 60℃ 염색), 표 24(직물, 100℃ 염색) 및 표 25(직물, 60℃ 염색)에 각각 나타내었다.

30분 염색 후엔 당도가 B5를 제외하고 줄어들지만 탁도는 모두 증가하였다. 60분 염색 후엔 B1을 제외하고 탁도가 줄어들며 공통적으로 당도가 증가하였다. 90분 염색 후엔 대부분 탁도가 줄어들지만 B5는 염색 전 보다 여전히 탁도가 증가하였다. B1, O1은 탁도가 줄어들고 당도가 높아지는 공통점이 있었고, O1의 경우 당도가 가장 높았다. 치자 추출물을 염색할 때, 공통적으로 탁도가 줄어들지만 당도가 높아졌다. 이는 직물 또는 CNF의 성분이 염액내에 있는 것으로 추정된다.

60℃로 염색시, B1의 경우 당도, 탁도가 모두 감소되어, 염색이 잘될 것으로 예상되어다. 그러나, 100℃로 염색한 경우와 다르게, 모든 시료의 탁도가 줄어들었다.

염액의 색의 경우, b값이 높은 것을 기준으로 본다면, O1은 30분 염색 후의 염액이 가장 노란색이었고, 60분 후에도 O1이 가장 염액의 색상이 진하고 밝았다. 하지만, 90분 염색 후엔 b값이 감소하였다. 이는, 직물의 b값이 올라갈 것으로 예상되었다. 90분 염색 후에는 B5가 가장 염액이 밝고 b값이 높았다. 치자 추출물 단독의 경우, 색상이 가장 진하고 a값이 가장 낮아, 노란빛이 많이 진했다. CNF를 넣게 되면 더 빨간색에 가까운 색상이 됨을 확인할 수 있었다.

염액의 색상은 직물과 다르게 색상 값이 일정하지 못하였다. 30분후 b1의 색상이 가장 진하고, red-yellow값 또한 큰 편이었다. 60분 후엔 모든 염액이 a, b 값이 높고 L값 또한 높아 색상이 짙고 밝았다.

치자 추출물 단독과 비교하여, CNF를 함께 포함한 경우 b값이 30분 후에는 향상되지 않았지만, 90분 후에는 a, b값 모두 3 정도 증가하여, 더 red-yellow 색상이 나타났지만 그 차이가 미비하였다.

30분 후와 90분 후의 염색성 차이는 전체적으로 크지 않았다. 따라서 90분 염색보단 30분 염색이 더 효율적일 것으로 판단된다. 구체적으로 90분 염색 후엔 모두 b값이 2~4 정도 올라가지만 L값, a값에선 차이가 미비하였다.

가장 염색성이 좋은 것으로 추정되는 시료는 B5이며, B5 5g을 30분 동안 염색하는 것이 가장 적절할 것으로 확인할 수 있었다..

b값의 차이가 크지 않지만 30분 후 O1의 경우 가장 색상값이 좋았다. 60분 후, 공통적으로 b값이 향상되었으며, O1의 염색성이 가장 좋았다. 100℃ 보다는 60℃에서, 염색성이 더 좋은 것으로 판단되며 30분 O1이 가장 적절할 것으로 확인되었다.

( 실험예 6)

추가적인 실험을 위하여, 면, 마, 레이온, 모 및 실크를 피염물로 사용하였다. 각 섬유의 구체적인 스펙을 표 26에 나타내었다.

각 섬유에 대한 정련 방법은 면은 NaOH 5%를 이용하여, 100℃로 30분간 실시하였다. 마는 NaOH 5%를 이용하여, 100 ℃로 30 분간 실시하였다. 레이온은 NaOH 5%를 이용하여, 70 ℃로 30 분간 실시하였다. 모는 중성 세제 0.04%를 이용하여, 60 ℃로 20 분간 실시하였다. 실크는 30 ℃로 10 분간 물에서 가열한 후, 비누 및 Na₂CO₃를 이용하여 90 ℃로 15 분간 실시하였다. 준비된 치자 추출물 800 ml에 CNF 10g을 첨가하고, 80 ℃에서 60 분간 각각 염색을 실시하였다. CNF를 첨가하지 않는 경우에는, CNF 없이 80 ℃에서 60 분간 각각 염색을 실시하였다. 염색 후, 30 ℃에서 증류수로 색상이 더 이상 나오지 않을 때까지 세척을 실시하고, 하루 정도 자연건조하였다. 실험예 1과 동일한 방법으로 각 염색된 직물에 대한 Lab, 탁도 및 당도를 측정하여, 도 2와 하기 표 27 및 표 28에 각각 나타내었다.

도 2와 표 27 및 표 28에 나타낸 바와 같이, CNF가 첨가되면, 식물성 섬유 중 면과 레이온의 당도는 증가하였고, 마의 당도는 감소하였다. 동물성 섬유 중 모의 당도는 증가하였으나, 실크의 당도는 감소하였다. 또한, CNF가 첨가되면, 식물성 섬유 중 면의 탁도는 감소하였으나, 마와 레이온의 탁도는 증가하였다. 동물성 섬유 중 모의 탁도는 감소하였으나, 실크의 탁도는 증가하였다. 또한, CNF가 첨가되면 모와 실크의 L*, a*, b* 값이 모두 증가하였다.

(실험예 7)

셀룰로오스 현탁액(3%)(CNF H)의 염색성을 확인하기 위하여 추가적인 실험을 실시하였다. 3% 셀룰로오스 현탁액과 치자 추출물을 인견을 염색하였다. 사용된 직물의 구체적인 스펙은 하기 표 29에 나타내었다.

먼저, 인견을 정련하였다. 구체적으로, 90℃가 넘으면, 욕비 1: 50로, 탄산나트륨 1% 수용액과 계면활성제(Tween 80) 0.5% 수용액을 넣은 뒤 잘 혼합하였다. 100℃에 도달할 때, 잘라놓은 인견을 투입한 후, 60분간 온도가 유지되도록 가열하였다. 60분 후, 정련된 인견을 흐르는 물에 10번 이상, 10분 정도 씻어 잔여물이 제거하였다. 수세된 인견을 60℃로 예열된 데시케이터 안에 10분 정도 건조시켰다.

그리고, 치자분말로부터 치자추출물을 수득하였다. 구체적으로, 증류수와 치자분말을 1:20으로 준비하고, 증류수를 가열한 후, 증류수의 온도가 90℃에 도달하면, 치자분말을 가열된 증류수에 넣고 20분간 저어주고, 온도가 유지되도록 가열하였다. 20분 후, 채를 이용하여, 3번 이상 걸러내어, 불순물을 최대한 제거하였다.

첫번째 염색방법으로서, 800ml 치자 추출물(액비 1:80)의 온도가 80℃가 되면, CNF H 5g 넣고, 인견을 60분간 염색하였다. 염색 후, 흐르는 물을 이용하여, 약 15분간 염액이 빠져나오지 않을 때까지 수세하여 60℃로 예열된 데시케이터 안에서 건조시켰다.

두번째 염색방법으로서, 800ml CNF H (액비 1:80)에 치자 분말을 넣고 충분히 분산시킨 뒤, 80℃가 되면 인견을 넣고 60분간 염색하였다. 염색 후, 흐르는 물을 이용하여, 약 15분간 염액이 빠져나오지 않을 때까지 수세하여 60℃로 예열된 데시케이터 안에서 건조시켰다. 이러한 공정을 3회 반복하여 각각의 염색된 인견을 수득하였다

세번째 염색방법(남은 염액에 염색)으로서, 두번째 염색방법의 실험을 실시한 후 잔류한 CNF H 염액을 이용하여 염색을 실시하였다. 수거한 CNF H 염액을 700mL 씩 나눈 후, 700mL의 CNF H 염액이 80℃가 되면 인견을 넣고 60분간 염색하였다. 염색 후, 흐르는 물을 이용하여, 약 15분간 염액이 빠져나오지 않을 때까지 수세하여 60℃로 예열된 데시케이터 안에서 건조시켰다. 이러한 공정을 3회 반복하여, 각각의 염색된 인견을 수득하였다.

또한, 전술한 염색방법에 의하여 수득한 인견과 염색성을 비교하기 위하여, 첫번째 염색방법에서 CNF H를 넣는 것을 제외하고 나머지는 동일한 방법에 의하여, 치자추출물 단독으로 염색을 실시하여 대조군(control)으로 이용하였다.

각각의 인견에 대하여 색차계(KONICA MINOLTA, Color Reader, CR-10, Japan), 당도계 (ATAGO, REFRACTOMETER, PAL-1, Taiwan), 탁도계 (Lutron, TURBIDITY METER, TU-2016, Japan)을 이용하여, Lab, 탁도 및 당도를 측정하여, 표 30 내지 32에 각각 나타내었다.

표 30에 나타낸 바와 같이, CNF H 5g과 치자 단독 염색 결과를 비교해보았을 때, CNF H 5g을 이용한 염색의 경우, L값이 소폭 상승하고, b값이 소폭 하락하였다.

표 31에 나타낸 바와 같이, CNF 자체를 이용하여 염색을 실시했을 때, 염색된 인견의 L값에서는 큰 차이가 나지 않았지만, b값의 경우 소폭 상승함을 볼 수 있었다.

표 32에 나타낸 바와 같이, 염색 실험 후 남은 염액에 3번 반복하여 염색했을 때 800mL와 큰 차이 없는 색상 값이 나타났다. 염색 후 남은 염액이기 때문에 L값과 b값은 소폭 상승하는 경향을 보였고 control에 비하면 b값이 소폭 상승하거나 유사함을 확인할 수 있었다.

(실험예 8)

추가적으로 실험예 7의 첫번째 염색방법과 동일한 방법을 3번 반복하여 염색을 실시하였다. 3번씩 반복된 공정을 통하여 수득한 피염물 샘풀 6개를 한국섬유개발연구원에 의뢰하여, 세탁견뢰도, 일관견뢰도, 땀견뢰도 및 향균성을 측정하여, 하기 표 33에 나타내었다.

번호	조건	세탁견뢰도 KSK ISO 105-C06 : 2014 A1S법	일광견뢰도 KS K ISO 105-B02 : 2014 크세논아크법	땀견뢰도 KS K ISO 105-E04 : 2013 퍼스피로미터법	항균성 KS K 0693 : 2011 시험균 2종
1	CNF H 3반복 동일 실험 (인견)	/	2	/	/
2	CNF H 3반복 동일 실험 (인견)	/	2	/	/
3	CNF H 3반복 동일 실험 (인견)	/	1-2	/	/
4	CNF H 3반복 동일 실험 (면)	/	1-2	/	/
5	CNF H 3반복 동일 실험 (면)	/	1-2	/	/
6	CNF H 3반복 동일 실험 (면)	/	1-2	/	/

(실험예 9)다양한 농도로 희석된 셀룰로오스를 이용하여, 온도 및 시간에 따른 인견의 염색성을 확인하고자, 추가적인 실험을 실시하였다. 사용된 직물의 구체적인 스펙은 하기 표 34에 나타내었다.

각 샘플에 대해서, 정련을 하기 위하여 욕비 1: 50에 탄산나트륨 1% 수용액과 계면활성제(Tween 80) 0.5% 수용액을 90℃가 넘으면 넣고 잘 저어주었다. 100℃에 도달하면 잘라놓은 인견을 넣고 60분간 온도를 유지되도록 가열하였다. 60분 후 정련된 인견을 흐르는 물에 10번 이상, 10분 정도 씻어 잔여물을 제거하였다. 수세한 인견을 60℃로 예열된 데시케이터 안에서 10분 정도 건조시켰다.

치자분말로부터 치자추출물을 추출하기 위하여, 먼저, 증류수와 치자분말을 1:20으로 준비하였다. 증류수를 가열하고 증류수의 온도가 90℃에 도달하면. 치자분말을 증류수에 넣고, 20분간 저어주고 온도가 유지되도록 가열하였다. 20분 후 채에 3번 이상 걸러내어 불순물을 최대한 제거하였다.

그리고, 800ml 치자 추출물(액비 1:80)의 온도가 60℃가 되면 CNF 3종류를 각각 5g씩 넣고, 30, 60, 90분간 염색하였다. 또한, 800ml 치자 추출물(액비 1:80)의 온도가 80℃가 되면 CNF 3종류를 각각 5g씩 넣고, 30, 60, 90분간 염색하였다. 또한, 800ml 치자 추출물(액비 1:80)의 온도가 100℃가 되면 CNF 3종류를 각각 5g씩 넣고, 30, 60, 90분간 염색하였다.

각각의 샘플을 염색 후, 흐르는 물을 이용하여, 15분 정도 염액이 빠져나오지 않을 때까지 수세하여 60℃로 예열된 데시케이터 안에서 건조시켰다.

또한, 전술한 염색방법에 의하여 수득한 인견과 염색성을 비교하기 위하여, CNF를 넣지 않고 나머지는 동일한 방법에 의하여, 치자추출물 단독으로 염색을 실시하여 대조군(control)으로 이용하였다.

각각의 샘플에 대한 색상 값 측정은 CCM(Computer Color Matching, Macbeth, Color - Eye 3100, USA)기계를 사용하여 D65-10광원 아래에 L, a, b, C, h를 측정하였다. 또한, K/S 값은 400-700nm의 범위 안에 가장 높은 K/S 값이다. 구체적으로, 전술한 기기에 백색타일을 끼워 측색기 자체를 초기화(Calibration)한 뒤, 샘플을 2번씩 접은 후 끼우고, 측색하는 부분을 달리해 총 5번씩 측정하였다. 5번 측정한 데이터를 저장한 뒤 프로그램 내의 측색 데이터로부터 색상 값, K/S 값 등 필요한 데이터를 산출하였고, 그 값들을 표 35 내지 37에 각각 나타내었다.

표 35에 나타낸 바와 같이, 염액 색상에서 치자 단독을 제외하곤 CNF를 넣었을 때, 60분에서 직물의 색상 (L값 하락, b값 상승, K/S 값 상승)이 짙어졌다. 염액의 색상 또한 CNF를 넣었을 때 옅어져 치자 염료가 직물에 부착되었음을 확인할 수 있었다. 치자 단독 염색의 경우 90분 염색이 가장 짙은 색상을 보였지만, CNF를 넣었을 때 60분의 색상이 짙어져 CNF를 동시 매염함으로써 시간을 단축할 수 있음을 확인하였다.

상기 표 36에 나타낸 바와 같이, 80℃에선 100℃와 같은 경향성이 보이지 않았다. 치자 단독의 경우 시간이 길어질수록 b값이 상승하지만 K/S값을 중심으로 보자면 60분에서 가장 염색성이 좋았다고 할 수 있다. 치자 단독 염색시 80℃에서 가장 높은 K/S값을 보였지만 100℃의 경우 K/S값은 80℃보다 낮아도 색상 값은 더 높아 진한 색상을 보였다. CNF를 넣게 되면 전반적으로 K/S값이 모두 떨어지게 되며 b값의 경우 o1을 제외하곤 모두 b값이 소폭 상승했다.

상기 표 37에 나타낸 바와 같이, 60℃ 또한 뚜렷한 경향성이 보이진 않았다. 60℃에서는 시간이 길어질수록 L값이 하락하고, b값이 상승하며, K/S값이 상승하였고, CNF를 넣어도 B5를 제외하곤 모두 90분에서 염색성이 좋았다. 유독 B5가 K/S값, b값이 높게 나왔으며 전반적으로 CNF의 투입과 상관없이 100℃보다 60℃에서 b값과 K/S값이 높았다. 따라서 색상 자체는 60℃에서 가장 진한 색상이 나타나지만 시간이 줄어들지 않고 B5에서 예외가 생긴다.

이러한 결과를 통하여, 60 내지 90 분 동안 염색하는 것이 보다 바람직하며, 50 내지 110 ℃에서 염색하는 것이 보다 바람직함을 확인할 수 있었다.

상술한 다양한 실험예를 통해서, 다양한 실험을 실시하였다. 결과적으로, 실험 조건에 따라, 그 결과는 다소 차이가 있었지만, CNF가 천연 매염제로 충분히 이용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

1. 피염물을 준비하는 단계;
   상기 피염물을 정련하는 단계;
   셀룰로오스 나노화이버(cellulose nanofiber) 현탁액에 치자 추출물을 추가한 혼합물로, 상기 정련된 피염물을 염색하는 단계;
   상기 염색된 피염물을 세척하는 단계; 및
   상기 세척된 피염물을 건조하는 단계를 포함하며,
   상기 혼합물은, 치자 추출물과 셀룰로오스 나노화이버 현탁액이 중량비로 1 : 10 내지 30으로 혼합된 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 피염물은 면, 마, 레이온, 모 및 실크 중 어느 하나인 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노화이버 현탁액은 셀룰로오스 나노화이버가 0.5 내지 3.5 중량%로 포함된 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노화이버와 치자 추출물의 크로신(crocin)이 화학적 결합을 이루는 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법.
5. 피염물을 준비하는 단계;
   상기 피염물을 정련하는 단계;
   셀룰로오스 나노화이버 및 치자 추출물이 중량비로 1: 5 내지 100로 포함되는 혼합물로, 상기 정련된 피염물을 50 내지 110℃에서 20 내지 100분 동안 염색하는 단계;
   상기 염색된 피염물을 세척하는 단계; 및
   상기 세척된 피염물을 건조하는 단계를 포함하며,
   상기 염색하는 단계에서, 염색 온도가 증가하면, 염색 시간이 감소하는 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 염색하는 단계는, 100℃에서 30분 동안 염색이 실시되는 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 염색하는 단계는, 60℃에서 90분 동안 염색이 실시되는 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 건조된 피염물을 치자 추출물 단독으로 염색하는 단계를 추가로 포함하는 천연 매염제 및 치자 추출물로 염색하는 방법.
9. 셀룰로오스 나노화이버로 이루어진 천연 매염제로서,
   상기 천연 매염제는 셀룰로오스 나노화이버 0.5 내지 3.5 중량% 및 잔부 물로 혼합되어 사용되는 천연 매염제.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노화이버는 0.5 내지 1.5 중량%로 포함되는 천연 매염제.
11. 치자 추출물로 염색된 피염물로서,
    천연 매염제인, 0.5 내지 3.5 중량%의 셀룰로오스 나노화이버의 현탁액과 치자 추출물의 혼합물에 의하여 염색된 피염물.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 피염물은 면, 마, 레이온, 모 및 실크 중 어느 하나인 피염물.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 혼합물은 치자 추출물과 셀룰로오스 나노화이버 현탁액이 중량비로 1 : 10 내지 30으로 혼합된 피염물.

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