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문제 정의
- 대한 연구는 미비한 실정이었다. 따라서 본연구에서는 발색시간을 단축하기 위해 풋감 추출액과 감 추출 발효액을 면직물에 패딩한 후발 색과 정에 기존 광 발색 대신 열 발색법이 적용 가능할지를 실험으로 알아보았으며 또한, 열발색 시 최적의 조건을 찾고자 실험하였다.
제안 방법
- 감 추출액이 처리된 시료들을 실험용 텐터(Tsujii Dyeing Machine MFG Co. Ltd., HT-3)를사용하여 온도(140~200C), 시간(10~240분), 농도 (20~100%)에 따라 조건을 변화시켜 열 발색하였다. 발색된 시료를 증류수로 100C 에서 3분간 2 회 수세 후 건조하였다.
- 농도에 따른 발색성을 관찰하기 위해 원액(100%)의 농도를 20%간격으로 희석하고 200C 에서 40분간 열 발색을 실시하였다. 예상대로 Fig.
- 발색된 시료를 증류수로 100C 에서 3분간 2 회 수세 후 건조하였다. 또한 위의 조건처럼 열발색법으로 발색된 시료를 기존의 광에 의해 발색 되는 시료와의 색상을 비교하기 위한 대조군으로써, 면직물을 100% 농도의 풋감 추출액으로 각 1~4회 패딩(80% pick-up) 하고 수은램프 (100W) 를 15시간동안 조사하여 광 발색하였다.
- 먼저 감 추출액 두 종류의 온도에 따른 발색성을 관찰하기 위해 140, 160, 180, 200℃에서 30 분간 열 발색을 실시하였다. Fig.
- 발색 시간에 따른 열 발색의 영향을 알아보기 위해 Fig. 2에서 최대발색 온도로 결정된 200^ 에서 60분까지 발색 시간을 조절해가며 색상 강도를 조사하였다. 발색 시간의 영향을 나타낸 Fig.
- 산출하였다. 염색시료의 파장별 K/S 그래프(Fig. 1)에서도 알 수 있듯이, 360~740nm 범위의 K/S 값이 피크형태로 나타나는 것이 아니므로 특정 파장을 선택하여 비교하기 어렵고, 피염물의 색상강도의 인지에 있어서 전파장 범위에서 반사되는 광을 총체적으로 인지하므로, 10nm 간격으로 측정된 단파장 K/S 를 전파장에 대해서 합산한 Total K/S로 계산하고 이를 발색 성으로 나타내었다. 측색 및 반사율 측정에 사용된 장비는 Konica-Minolta Spectrophotometer CM-3600d이며 D65 광원에 10°시야로 측정하였다.
- 풋감 추출액과 감 추출 발효액 두 종류의 발색 시간을 단축하기 위해 광 발색 대신 열 발색법이 적용 가능한지 실험하였다. 다양한 온도, 시간, 농도의 조건으로 열 발색을 수행하였으며, 풋감 추출액과 감 추출 발효액 모두 높은 색상 강도로 발색되었다.
대상 데이터
- 내어 필터에 여과한 액을 사용하였다. 감 추출 발효액은 2006년 7월에 채취된 감으로부터 감즙 원액을 추출하고, 이 추출액을 20~25℃의 실온에서 1년간 자연 발효시킨 것을 사용하였다.
- 감 추출액은 두 종류로 풋감 추출액과 감 추출 발효액이며, 풋감 추출액은 2007년 7월 중순에 실험당일 풋감을 채취하여, 잘게 분쇄하고 믹서로 즙을 내어 필터에 여과한 액을 사용하였다. 감 추출 발효액은 2006년 7월에 채취된 감으로부터 감즙 원액을 추출하고, 이 추출액을 20~25℃의 실온에서 1년간 자연 발효시킨 것을 사용하였다.
- 실험에 사용된 면직물은 KS K 0905 규격의 백 면 포로, 10cm X 10cm 크기로 사용하였다.
- 1)에서도 알 수 있듯이, 360~740nm 범위의 K/S 값이 피크형태로 나타나는 것이 아니므로 특정 파장을 선택하여 비교하기 어렵고, 피염물의 색상강도의 인지에 있어서 전파장 범위에서 반사되는 광을 총체적으로 인지하므로, 10nm 간격으로 측정된 단파장 K/S 를 전파장에 대해서 합산한 Total K/S로 계산하고 이를 발색 성으로 나타내었다. 측색 및 반사율 측정에 사용된 장비는 Konica-Minolta Spectrophotometer CM-3600d이며 D65 광원에 10°시야로 측정하였다.
이론/모형
- 2종의 감 추출액으로 염색한 시료의 발색성을 알아보기 위해 가시광선 영역의 각 파장에서 반사율을 측정한 후 Kubelka-Munk식을 이용하여 K/S값을 산출하였다. 염색시료의 파장별 K/S 그래프(Fig.
- 발색된 시료의 세탁견뢰도 시험은 KS K 0430 A-1(40C) 법에 준하여 수행하였다.
- 열 발색에 의한 직물의 강도변화를 관찰하기 위해, 물에만 침지한 면직물과 감 추출 발효액에 침지한 면직물을 온도별로 40분간 열 발색 시킨 후, KS K 0421법에 준하여 경위사 방향의 사인 장강 도를 측정하였다.
성능/효과
- 적용 가능한지 실험하였다. 다양한 온도, 시간, 농도의 조건으로 열 발색을 수행하였으며, 풋감 추출액과 감 추출 발효액 모두 높은 색상 강도로 발색되었다. 즉, 감 추출액 염색에 있어서 열에너지에 의해서도 발색기구인 감탄닌의발색이 가능하다는 것이 확인되었다.
- 즉, 감 추출액 염색에 있어서 열에너지에 의해서도 발색기구인 감탄닌의발색이 가능하다는 것이 확인되었다. 두 추출물의 색상강도 비교에서는 풋감 추출물이 더 높았으며, 조건에 따른 경향성은 온도가 높을수록 발색성이 우수하고 또한 발색에 소요되는 시간이 현저히 감소하였다. 열 발색에 따른 인장 강도는 감 추출액의 처리 여부에 관계없이 셀롤로즈 섬유의 열적 특성으로 인해 고온에서 다소 저하되었으나, 실용적인 측면에 있어서는 큰 지장이 없는 정도의 저하인 것으로 사료되었다.
- 감 염색물의 경우 광 발색의 경우와 마찬가지로 열 발색의 경우에도 세탁견뢰도는 아주 우수한 것으로 나타났다. 본 실험에서 나타난 결과를 종합해 볼 때, 감 추출액 발색을 위한 최적 조건은 약 20 0℃, 60분 정도인 것으로 생각되며, 이러한 열발색공정이 전통 염색공정에서 문제가 되는 몇 가지 단점을 해결해 줄 새로운 공정으로 도입될 수 있을 것으로 판단된다.
- 두 추출물의 색상강도 비교에서는 풋감 추출물이 더 높았으며, 조건에 따른 경향성은 온도가 높을수록 발색성이 우수하고 또한 발색에 소요되는 시간이 현저히 감소하였다. 열 발색에 따른 인장 강도는 감 추출액의 처리 여부에 관계없이 셀롤로즈 섬유의 열적 특성으로 인해 고온에서 다소 저하되었으나, 실용적인 측면에 있어서는 큰 지장이 없는 정도의 저하인 것으로 사료되었다. 감 염색물의 경우 광 발색의 경우와 마찬가지로 열 발색의 경우에도 세탁견뢰도는 아주 우수한 것으로 나타났다.
- 예상대로 Fig. 5에서처럼 추출액의 농도에 비례하여 발색성이 높은 것으로 나타났다. 이것은 발색성을 나타내는 감탄닌의 양이 추출액의 농도에 비례하므로 고농도일수록 발색성이 높은 것은 당연한 결과이다.
- 6에 나타내었다. 온도가 높아질수록 전체적인 색상강도가 크게 증가하고, 실험 조건 중에서 저온인 140℃ 인 경우 시간에 비례하여 장시간까지 완만한 증가를 나타내는 반면, 온도가 증가할수록 발색 속도곡선의 초기 기울기가 증가하여 고온인 200C 에서는 단시간 내에 발색이 거의 완료되는 결과를 보였다. 온도에 따라 최대 색상 강도에 도달하는 시간의 변화를 확인하기 위해 회귀 분석법으로 예측한 온도별 최대 발색시간을 Fig.
- 사용하기도 한다. 이러한 관점에서 본 실험에서는 감 추출 발효액과 풋감을 비교하여 조사한 결과, 감 추출 발효액에 비해 풋감 추출액에 의한 색상 강도가 훨씬 더 높음을 확인할 수 있다.
- 다양한 온도, 시간, 농도의 조건으로 열 발색을 수행하였으며, 풋감 추출액과 감 추출 발효액 모두 높은 색상 강도로 발색되었다. 즉, 감 추출액 염색에 있어서 열에너지에 의해서도 발색기구인 감탄닌의발색이 가능하다는 것이 확인되었다. 두 추출물의 색상강도 비교에서는 풋감 추출물이 더 높았으며, 조건에 따른 경향성은 온도가 높을수록 발색성이 우수하고 또한 발색에 소요되는 시간이 현저히 감소하였다.
- 7에 의하면 140C 의 경우 약 10시간 이상에서 최대 색상강도에 도달하는 반면 고온인 200C 의 경우에는 약 1~2시간 정도에서 최대 색상강도에 도달하는 것을 알 수 있다. 즉, 전체적으로 풋감 추출액의 발색에 있어서 온도의 영향이 상당히 크고, 고온일수록 발색 되는 속도가 빠르다고 결론내릴 수 있다.
- 2의 열 발색으로 발색된 시료들에 대한 측색값과 비교할 경우, 이들 색상값도광에 의한 발색의 경우와 동일 계열의 색상을 나타냄을 관찰할 수 있으며, 이 결과로부터 감 추출액의 발색시 광에 의한 발색공정을 열 발색으로 대체할 수 있을 것으로 예측할 수 있다. 즉, 축합형 감탄닌이 일광에 노출될 때 중축 합과 정을 통해 짙은 갈색으로 변하는 발색 메커니즘 12)에 있어서, 기존에 알려진 일광이나 인공 자외선뿐만 아니라 열에너지에 의해서도 발 색이 가능함을 확인할 수 있다. 또한, 햇빛이나 자외선에 의한 발색에 비해 시간이나 공간이 절약되어 발색과정을 크게 단축시킬 수 있으므로, 감염색포의 표준화 및 산업화가 가능할 것으로 예상된다.
- 풋감 추출액 및 감 추출 발효액 둘 다모두 5급을 나타냄으로써 세탁견뢰도는 아주 우수한 것으로 판단되었으며, 이러한 결과는 감탄닌 성분이 열에 의한 축합반응으로 거대분자화되어 물에 대한 용해성이 없어진 결과라고 이해할 수 있다.
후속연구
- 즉, 축합형 감탄닌이 일광에 노출될 때 중축 합과 정을 통해 짙은 갈색으로 변하는 발색 메커니즘 12)에 있어서, 기존에 알려진 일광이나 인공 자외선뿐만 아니라 열에너지에 의해서도 발 색이 가능함을 확인할 수 있다. 또한, 햇빛이나 자외선에 의한 발색에 비해 시간이나 공간이 절약되어 발색과정을 크게 단축시킬 수 있으므로, 감염색포의 표준화 및 산업화가 가능할 것으로 예상된다. 이 경우 200C이상에서 열 발색을 실시한다면 보다 짧은 시간에 높은 색상강도를 얻을 수 있을 것으로 생각되지만, 면섬유의 강도가 다소 저하될 우려가 있으므로 이 이상의 고온에서의 열 발색은 본 실험에서 제외하였다.
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