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문제 정의
- 식물성염료 중에서 청색계 염료인 쪽에 대한 연구는 많으나,5-9) 청대에 대한 연구는 거의 없는 실정이어서 본 연구에서는 쪽과 청대에 대하여 여러 가지 염색 조건에 따라 변화되는 색상을 고찰하여 쪽과 청대의 효율적인 염색방법을 제안하고자 하였다.
제안 방법
- 또한 표준광원으로 상관 색온도(Correlated Color Temperature) 가 약 6504K인 대낮의 햇빛(day light) C광원, 10°시야법으로 CIE Lab 색차식을 이용하여 명도, 채도, 색상 등을 측정하였다.
- 면, 실크 직물에 대하여 쪽과 청대의 염색성을 살펴보기 위하여 환원 온도, 환원 시간, 알칼리 농도, 환원제 농도, 염색 온도, 염색 시간 및 염재 농도를 달리하여 최대흡수파장에서의 K/S, ΔE, L, a, b, H, V/C를 측정하였다.
- 염착량은 최대흡수파장(λmax)에서 피염물의 표면 반사율을 측정하여 Kubelka-Munk식(K/S= (1-R)2/2R)에 의해 K/S값을 측정하여 염착량을평가하였다.
- 염색은 욕비를 1：100으로 하여 불용성인 쪽과 청대를 수용성 상태로 만들기 위해 탄산칼륨과 하이드로설파이트를 넣고 50℃에서 20분 동안 염색하였다. 이 때 환원 온도와 환원 시간, 알칼리와 환원제 농도, 염색 온도와 염색 시간, 염재 농도 등의 염색 조건을 달리 하여 염색하였다.
- 증류수 100ml를 가열하여 50℃에 도달하면 염재 10g/ℓ와 알칼리 농도에 따른 염색성을 살펴보기 위하여 탄산칼륨 0, 1, 2, 3, 5g/ℓ를 넣은후, 하이드로술파이트 4g/ℓ를 넣고 50℃에서 30분 동안 환원시킨 후, 시료 1g을 염액에 넣고 30℃에서 20분 동안 염색하였다.
- 증류수 100ml를 가열하여 50℃에 도달하면 염재 10g/ℓ와 탄산칼륨 2g/ℓ를 넣은 후, 하이드로술파이트 4g/ℓ를 넣고 50℃에 30분 동안 환원시킨 후, 시료 1g을 염액에 넣고 염색 온도에 따른 염색성을 살펴보기 위하여 20, 30, 40, 50℃에서 20분 동안 염색하였다.
- 증류수 100ml를 가열하여 50℃에 도달하면 염재 10g/ℓ와 탄산칼륨 2g/ℓ를 넣은 후, 하이드로술파이트 4g/ℓ를 넣고 환원 시간에 따른 염색 성을 살펴보기 위하여 50℃에서 10, 20, 30, 40, 50분 동안 환원시킨 후, 시료 1g을 염액에 넣고 30℃에서 20분 동안 염색하였다.
- 증류수 100ml를 가열하여 50℃에 도달하면 염재 10g/ℓ와 탄산칼륨 2g/ℓ를 넣은 후, 하이드로술파이트 4g/ℓ를 넣고 환원 온도에 따른 염색 성을 살펴보기 위하여 염액의 온도를 각각 20, 30, 40, 50, 60, 70℃로 조정하여 30분 동안 환원시킨 후, 시료 1g을 염액에 넣고 30℃에서 20분 동안 염색하였다.
- 증류수 100ml를 가열하여 50℃에 도달하면 염재 10g/ℓ와 탄산칼륨 2g/ℓ를 넣은 후, 환원제 농도에 따른 염색성을 살펴보기 위하여 하이드로술파이트 0, 1, 2, 4, 6, 8, 10g/ℓ를 넣고, 50℃에서 30분 동안 환원시킨 후, 시료 1g을 염액에 넣고 30℃에서 20분 동안 염색하였다.
- 증류수 100ml를 가열하여 50℃에 도달하면 염재 농도에 따른 염색성을 살펴보기 위하여 쪽과 청대를 각각 1, 5, 10, 20, 30, 50, 100g/ℓ 넣은 염액에 탄산칼륨 2g/ℓ를 넣은 후, 하이드로 술파이트 4g/ℓ를 넣고 50℃에 30분 동안 환원시킨 후, 시료 1g을 염액에 넣고 30℃에서 20분 동안 염색하였다.
- 증류수 100ml를 가열하여 50℃에 도달하면 염재를 10g/ℓ와 탄산칼륨 2g/ℓ를 넣은 후, 하이드로술파이트 4g/ℓ를 넣고 50℃에 30분 동안 환원시킨 후, 시료 1g을 염액에 넣고 염색 시간에 따른 염색성을 살펴보기 위하여 30℃에서 10, 20, 30, 40, 50분 동안 염색하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 소재는 셀룰로스계 섬유인 면과 단백질계 섬유인 실크를 사용하였으며, 염 재는 분말 상태인 쪽과 청대를 사용하였다. 또한 쪽과 청대를 환원시키기 위해 알칼리제로서 탄산칼륨(K2CO3, potassium carbonate), 환원제는 하이드로술파이트(Na2S2O4, sodium hydrosulfite) 1급 시약을 사용하였다.
이론/모형
- 섬유 소재의 표면색은 색차계(JUKI JP 7200C, Japan)를 사용하여 Kubelka Munk식에 의해 K/S 를 측정하여 염착량을 평가하였다. 또한 표준광원으로 상관 색온도(Correlated Color Temperature) 가 약 6504K인 대낮의 햇빛(day light) C광원, 10°시야법으로 CIE Lab 색차식을 이용하여 명도, 채도, 색상 등을 측정하였다.
성능/효과
- <표 2>는 각각의 염색 조건에서 염착량이 가장 크게 나타난 경우의 측정값을 나타낸 것으로서, 환원온도의경우 20, 30, 40, 50, 60, 70℃ 중에서 쪽은 50℃, 청대는 70℃, 환원 시간의 경우 10, 20, 30, 40, 50분 중에서 쪽은 20분, 청대는 면은 30분, 실크는 40분, 환원제 농도의 경우 0. 1, 2, 4, 6, 8, 10g/ℓ 중에서 쪽은 2g/ℓ, 청대는 6g/ℓ, 알칼리 농도의 경우 0, 1, 2, 3, 4, 5g/ℓ 중에서 쪽과 청대에 의한 면, 실크 염색시 모두 3g/ℓ, 염색 온도의 경우 20, 30, 40, 60℃ 중에서 쪽은 30℃, 청대는 60℃, 염색 시간의 경우 20, 30, 40, 60분 중에서 쪽은 30분, 청대는 60분, 염재 농도의 경우 1, 2, 3, 4, 5g/ℓ 중에서 쪽은 30g/ℓ, 청대는 50g/ℓ를 사용하였을 때 염착량이 가장 크게 나타났다.
- 1. 쪽은 환원 온도 50℃가 가장 안정적이며, 환원 온도가 쪽 염색시 염착량과 균염 염색에 영향을 미치는 것으로 추정되며, 청대는 60℃이상의 환원 온도가 적합한 것으로 나타났다. 환원 시간은 쪽은 20분, 청대는 30∼40분 염색이 가장 좋은 것으로 나타났다.
- 2. 쪽과 청대 모두 알칼리를 사용하지 않아도 높은 염착량을 보였으나, 환원제를 사용하지 않으면 거의 염착되지 않았다. 쪽과 청대 염색시 적합한 탄산칼륨 농도는 2∼3g/ℓ, 하이드로술파이트 농도는 2g/ℓ로 나타났다.
- 3. 쪽과 청대 염색시 적합한 염색 온도는 쪽은 30℃, 청대는 60℃ 이상의 고온이 유리한 것으로 나타났다.
- 4. 쪽은 5g/ℓ 이상의 농도에서 염착량이 완만 하게 증가한 것으로 나타나 쪽의 효율적인 사용량은 5g/ℓ였으며, 청대는 50g/ℓ 사용시까지 점진적으로 염착량의 증가를 나타내 진한 색 염색 시에는 많은 양의 청대가 필요한 것으로 나타났다.
- 6. 쪽과 청대 염색물의 먼셀 값 색상 범위가 PB로 나타난 것으로 보아 쪽과 청대에는 blue 색소의 indigo 이외에 red 색소인 indirubin이 소량 함유되어 있음을 알 수 있었다.
- 이는 환원제 농도가 적은 경우 leuco화합물의 불안정으로 환원이 충분하게 이루어지지 않아 염착량이 적게 나타난 것으로 생각되며, 4g/ℓ이상의 농도에서는 과환원 현상으로 인하여 염 착량이 적게 나타난 것으로 생각된다. 따라서 환원제 사용 농도는 일정 농도 이상에서는 오히려 효과가 떨어지는 결과를 나타내며, 그 임계 농도는 2g/ℓ인 것을 알 수 있었다. 반면 청대는면, 실크 직물 모두 6g/ℓ를 사용한 경우 염착량이 가장 크게 나타난 것으로 보아 청대는 쪽에 비해 환원시키기 어려운 염재로 나타났으며, 청 대를 환원시키기 위해서는 쪽보다 더 많은 환원 제가 필요한 것으로 나타났다(그림 4).
- 먼셀 값 색상의 범위는 쪽과 청대로 염색한면, 실크 직물 모두 PB로 나타난 것으로 보아 쪽과 청대에는 blue 색소의 indigo 이외에 red 색소인 indirubin이 소량 함유되어 있음을 알 수 있 었다.
- 반면 청대는 면과 실크 모두 환원 온도 20℃에서 60℃까지 염착량이 점차적으로 증가하다가 60℃를 기점으로 70℃까지 완만하게 증가한 것으로 보아 청대 염색시 면과 실크 모두 60∼70℃의 환원 온도가 적합하다는 것을 알수 있었다.
- 따라서 환원제 사용 농도는 일정 농도 이상에서는 오히려 효과가 떨어지는 결과를 나타내며, 그 임계 농도는 2g/ℓ인 것을 알 수 있었다. 반면 청대는면, 실크 직물 모두 6g/ℓ를 사용한 경우 염착량이 가장 크게 나타난 것으로 보아 청대는 쪽에 비해 환원시키기 어려운 염재로 나타났으며, 청 대를 환원시키기 위해서는 쪽보다 더 많은 환원 제가 필요한 것으로 나타났다(그림 4).
- 염색 시간에 따른 염색성을 살펴본 결과 쪽은 5분 동안에 염착량이 크게 증가하였으며, 5분 이후에는 완만하게 증가하였다. 면은 30분, 실크는 20분 염색시 염착량이 가장 높게 나타났으나, 염색 시간 5분 이후부터는 염착량이 크게 차이가 나지 않았다.
- 염재 농도에 따른 염색성을 살펴본 결과 면, 실크 염색물 모두 쪽은 30g/ℓ를 사용한 경우 염 착량이 가장 높게 나타났는데, 5g/ℓ 농도 사용한 경우 급격하게 증가하였으며 5g/ℓ 이상의 농도에서는 염착량이 완만하게 증가하였다. 특히 실크의 경우에는 5g/ℓ 이상의 농도에서 염착량의 차이가 크지 않게 나타나, 실크 염색시 쪽의 효율적인 농도는 5g/ℓ임을 알 수 있었다.
- 쪽은 탄산칼륨 3g/ℓ를 사용한 경우 염착량이 가장 크게 나타났 으며, 그 이상의 온도에서는 염착량 감소와 다소 불안정한 형태를 나타났다. 탄산칼륨 2g/ℓ를 사용한 경우에도 3g/ℓ를 사용한 경우와 염착량에 차이가 크지 않은 것으로 나타나 알칼리에 약한 실크 염색시에는 알칼리 농도를 2g/ℓ 이하로 조정하는 것도 바람직할 것으로 생각된다. 반면 청대는 알칼리 농도에 크게 영향을 받지 않았으나, 탄산칼륨 3g/ℓ를 사용한 경우 염착량이 약간 크게 나타났다(그림 3).
- 환원 시간에 따른 면, 실크 염색물의 경우 50℃에서 20분 환원시 염착량이 가장 크게 나타난 반면 청대는 면의 경우 30분, 실크의 경우에는 40분 환원시켰을 때 염착량이 가장 크게 나 타나, 청대는 쪽에 비해 환원시키기 어려운 염 재로 나타났으며, 쪽은 20분, 청대는 30∼40분 환원 시간이 필요함을 알 수 있었다(그림 2).
- 환원제 농도에 따른 면, 실크 염색물 모두 쪽은 하이드로술파이트를 사용하지 않은 경우에는 거의 염착되지 않았으며, 2g/ℓ로 농도 사용 시까지 염착량이 급격히 증가하였으며, 그 이상의 농도에서는 서서히 감소하는 경향을 보였다. 이는 환원제 농도가 적은 경우 leuco화합물의 불안정으로 환원이 충분하게 이루어지지 않아 염착량이 적게 나타난 것으로 생각되며, 4g/ℓ이상의 농도에서는 과환원 현상으로 인하여 염 착량이 적게 나타난 것으로 생각된다.
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