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문제 정의
- 본연구에 사용된 타올은 타올 제조시 키틴/셀룰로오스 복합사인 크라비온 섬유와 면사를 혼합하여 만든 것으로 면타올에 대한 오배자의 염색 특성을 고찰한 선행 연구는 있지만 크라비온 원사가 합유된 면타올에 대하여 오배자의 염색성을 검토한 연구는 없다. 따라서 본 연구에서는 친환경 섬유인 크타비온 원사와 면사가 혼합된 섬유소재에 대하여 오배자로부터 염액을 추출, 염색하였으며 오배자의 염색특성과 매염에 따른 염색 특성을 조사하였다.
- 본 연구에서는 크라비욘 섬유가 함유된 면타올에 대한 천연염재인 오배자의 염색특성을 고찰하기 위해 염색농도, 염색시간 그리고 및 염색온도를 달리하여 염착거동을 조사하였으며, Al, Cu, Fe 매염제 처리 유무 및 방식에 따른 염색특성 및 견뢰도 고찰을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- CCM(Computer Color Matching System)을 이용하여 염색된 시료의 염색특성을 측정하였으며, 겉보기 염착량은 최대흡수 파장에서 표면 반사율을 측정하여 Kubelka-Munk식에 의한 K/S값을 산출, 피염물의 염착농도를 산출하였다. K/S는 Color- view spectrophotometer(BYK-Gardner, Model CG-9005, USA) 로 측정하였다.
- 1은 매염 및 염색과정을 도식화한 것이다. 매염실험은 Al, Cu, Fe 매염제를 각각 1%(o.w.f) 농도로 60 C에서 30분간 선·후 매염하였다. 염색 후 모든 피염물은 30 C까지 방냉 후 찬물로 수세한 후 자연 건조하였으며 건조된 시료에 대하여 측색기를 이용하여 염색성을 평가하였다.
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3. 염색 및 매염
염색 전 증류수에 30분 침지한 크라비욘 섬유가 함유된 면 타올에 대하여 2.2에서 제조한 염액을 염색 실린더에 넣고 시작온도 30 C에서 승온속도 2 C/min로 승온시켜 염액농도, 염색온도, 염색시간을 달리하여 염색하였다
. 염액농도별 실험의경우 실험오차를 줄이기 위하여 200%(o. - f) 농도로 60 C에서 30분간 선·후 매염하였다. 염색 후 모든 피염물은 30 C까지 방냉 후 찬물로 수세한 후 자연 건조하였으며 건조된 시료에 대하여 측색기를 이용하여 염색성을 평가하였다.
- 염색온도에 따른 염색실험은 욕비 50:1의 조건에서 100%(o.w.f) 농도로 온도를 달리하여 30분간 염색하였다. 염색시간에 따른 실험은 욕비 50:1의 조건에서 염료농도100%(o.
- 2에서 제조한 염액을 염색 실린더에 넣고 시작온도 30 C에서 승온속도 2 C/min로 승온시켜 염액농도, 염색온도, 염색시간을 달리하여 염색하였다. 염액농도별 실험의경우 실험오차를 줄이기 위하여 200%(o.w.f)로 만든 염액을 증류수로 희석하여 150, 100, 50%(o.w.f의 농도에서, 욕비 1:50, 염색온도 90 C, 염색시간 60분의 조건에서 염색하여, 크라 비욘 섬유가 함유된 면타올에 대한 오배자의 적정 염액 농도를 알아보았다.
- 염재인 오배자를 이용하여 염액을 추출하였다. 염재인 건조 오배자를 시료무게의 200%로 계량한 후 욕비 50:1의 물이 들어 있는 용기에서 90 C에서 120분 동안 추출하였으며 염액의 전체량은 증발 등을 고려하여 끊이는 중간에 물을 보충하여 최종 액비가 50:1이 되도록 유지하였다.
- 2는 염색온도 90℃, 염색시간 60분 그리고 염색 액비 1 대 50에 있어 염색농도에 따른 염착율(K/S)을 나타낸 것이 다. 오배자에 의한 크라비욘 섬유를 함유한 면타올 염색의 경우도 오배자의 대두단백섬유 염색(Noh & Lee, 2014) 에서와 같이 본 실험 범위내에서 최대 흡수파장은 400nm에서 나타났으며 최대흡수 파장에서의 K/S값에 의해 염착율 특성을 비교 ·고찰하였다. K/S는 염색농도 증가와 함께 염색농도 100%(o.
- 염색용액을 끊인 상 태에서 염색한 염색온도 100℃에서는 염착율이 다시 증가하였 는데 이것은 염액이 끊음에 따라 염료분자의 열운동이 크게 증 가하여 염료와 피염물의 접촉횟수가 증가한 것에 기인한 것으 로 판단된다. 이상에서와 같이 염색온도가 증가할수록 염착율 은 증가하지만 상압에서 100℃로 염색할 경우 염색용액의 비 등에 의해 염색 불균일이 예상되는 것으로부터 적정 염색온도 는 90〜100℃ 사이로 생각되지만 안정한 섬유 물성 등을 고려 하여 여러 가지 염색특성 평가를 위하여 염색온도 90℃에서 염색하였다.
대상 데이터
- Table 1은 염색농도에 따른 피염물의 염색특성을 나타낸 것 이다. 광원은 CIE표준광원 중 대낮 자연광 빛에 가까운 D-65 광원을 사용하였다. 미염색 시료의 경우 무채색인 백색을 나타 내는 시료이지만 CCM 측색결과 L* 값이 85.
- 본 실험에 사용한 시료는 지경사와 위사가 면사, 타올 직물의 양면 루프를 형성하는 경사가 면과 크라비욘 섬유가 9 대 1로 혼방된 혼방사로 구성된 혼방 수건 직물로 일본 Kinno Senshu사 제품이다. 크라비욘 원사는 셀룰로오스와 키틴의 성분비가 7 대 3인 레이온 섬유이다.
- 시너지 효과를 나타내기도 한다. 본 연구에 사용된 천연염재 오배자는 폴리페놀(polyphenol)류인 탄닌(tannin)을 주성분으로 수산기와 산성기를 가진 염료이다. 오배자로 염색할 경우 매염제로 매염을 하지 않으면 갈색, 철 매염의 경우 보라색을 띤쥐색, 알루미늄 매염의 경우 옅은 갈색으로 염색되는 등의 다색성 염료이다(Nam, 2000).
- 크라비욘 원사는 셀룰로오스와 키틴의 성분비가 7 대 3인 레이온 섬유이다. 염재는 시중 약재상에서 구입한 건조 오배자를 사용하였으며, 매염제 Aluminium Potassium Sulfate(AlK(SO4)2·12H2O, Duksan Pure Chemical Co., Ltd), Iron(II) Sulfate(FeSO4·7H2O, Duksan Pure Chemical Co., Lte), Copper(II) Sulfate(CuSO4·5H2O) 등은 1급 시약으로 정제없이 사용하였다.
- 염재인 오배자를 이용하여 염액을 추출하였다. 염재인 건조 오배자를 시료무게의 200%로 계량한 후 욕비 50:1의 물이 들어 있는 용기에서 90 C에서 120분 동안 추출하였으며 염액의 전체량은 증발 등을 고려하여 끊이는 중간에 물을 보충하여 최종 액비가 50:1이 되도록 유지하였다.
이론/모형
- 세탁견뢰도는 KS K ISO 105-C06, A1S : 2007에 준하여 Launder-o-meter(HAN WON Co, Model HT-700)를 사용하여측정하였으며, 견뢰도 판정은 Color & color difference meter 를 사용하여 KS K ISO 105-C06에 의한 ∆E값과 세탁 후의시료를 표준 회색표(Gray scale)를 이용하여 등급으로 평가하였다.
- 일광견뢰도는 KS K ISO 105-B02 : 2010에 준하여 Carbon- Arc Type Fade-o-meter(AATCC Electric Device)를 사용하여 표준 퇴색시간 동안 광조사 후 일광견뢰도를 측정하였으며, 견뢰도 판정은 Color & color difference meter를 이용하여 KS K ISO 105-C06에 의한 ∆E값과 일광 후의 시료를 표준 회색 표를 이용하여 등급으로 평가하였다.
성능/효과
- 1) 시료의 크라비욘 성분확인은 FT-IR을 이용하였으며 1652cm−1부근에서 키틴의 아미노아세틸기의 아미드흡수 (-CONH-)흡수 peak 확인으로부터 크라비욘 섬유가 포함된 것을 확인할 수 있었다.
- 2) 적정 염색농도, 염색시간 및 염색온도는 각각 100~150%(o.w.f), 80분, 90~100 C였다.
- 3) 무매염 시료의 경우 붉은색을 띤 노란색으로 옅은 갈색을 나타내었으며, Al, Cu, Fe 매염의 경우 각각 약간 빨간색 톤이 있는 노랑으로 옅은 갈색, 짙은 갈색, 매우 어두운 보라색을 나타내었다.
- 4) 매염제 처리에 따른 염색성을 고찰한 결과 Fe, Cu, Al 순으로 염착율이 높게 나타났고, 전 매염보다는 후 매염한 경우 염착율이 크게 증가하였다.
- 7) 염색 농도에 따른 견뢰도 분석에서, 염착율이 증가할 수록 세탁 견뢰도가 낮아질 것이라는 예상과는 달리 세탁견뢰도는 4 등급이었다.
- 8) 후 매염처리한 시료의 세탁견뢰도는 무매염, Al, Cu, Fe 매염에서 각각 4등급, 2-3, 2, 4등급으로 Fe 매염의 경우가 세탁견뢰도가 가장 우수하였다.
- 2는 기능성 타올의 구성성분인 크라비온 섬유의 구성 성분 확인을 위한 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다. Fig. 1에 서 알 수 있듯이 셀룰로오스를 주성분으로 하는 면섬유의 경우 3334cm-1부근에서 셀룰로오스의 OH간 신축진동에 의한 peak, 2896cm-1부근의 셀룰로오스의 메틸렌기 (-CH2-)의 신축진동에 의한 peak, 1109cm-1부근의 셀룰로오스의 에테르기(-O-)의 신 축진동에 의한 peak 그리고 1054cm-1부근의 셀룰로오스의 1급 알콜(-CH2OH)에 있어 C-O의 신축진동 및 -OH의 변각진동에 의한 peak 등의 확인으로부터 면 섬유의 주성분이 셀룰로오스임을 확인할 수 있다. 크라비온 섬유의 경우 면섬유의 주성분인 셀룰로오스와 키틴-키토산을 공용매에 용해한 후 습식방사하여 형성시킨 재생섬유일 뿐만 아니라 셀룰로오스와 키틴-키토산의 화학적 구조가 각각 글루코스 2번 탄소에 수산기(-OH), 아민기(-NH2), 아미노아세틸기(-NHC℃H3)인 것을 제외하면 동일하여 얻어진 FT-IR 스펙트럼은 1652cm−1부근에서 키틴의 아미노아세틸기의 아미드흡수(-CONH-)흡수 peak로 보여지는것이 새롭게 나타나는 것을 제외하면 거의 유사함을 알 수 있으며 또한 이 특성 peak 확인으로부터 크라비욘 섬유가 키틴- 키토산을 함유한 재생섬유임을 알 수 있다.
- f) 이후에서는 염착율의 차이가 거의 없는 것으로 보인다. 따라서 염착율 및 경제적인 측면을 고려한 본 연구에서의 최적 염색농도는 100 내지 150%(o.w.f)로 판단된다. 따라서 염색시간, 염색온도 및 매염제 처리 유무 등에 관한 염색 특성고찰은 염색농도 100%(o.
- 무매염 시료 및 Al, Cu 매염처리 경우 매염방식에 무관하게 파장 400nm에서 가장 높은 K/S값을 가지는 것으로 나타내었으나 Fe를 매염제로 후매염한 경우 염착율(K/S)이 크게 증가함은 물론 550~600nm 파장 영역에서 최대값을 나타내어 진하고 어두운 보라색으로 염색되었음을 알 수 있다. 따라서 크라비욘 섬유가 함유된 면타올에 있어 오배자 염색 시 염착율을 증가시키기 위해서는 Fe, Cu 매염제로 매염하는 것이 효과적일 것으로 판단되며 특히 Fe 매염의 경우 우수한 염색성이 기대된다. 한편 매염방식에 따른 염색성은 Al 매염이 대동소이한 것을 제외하면 Fe 및 Cu 매염에서는 후매염을 하는 것이 전매 염보다 3배 이상의 높은 염착율을 나타내는 것을 알 수 있어 후매염이 적절할 것으로 판단된다.
- 미염색 시료를 염색온도 90℃에서 60분 간 염색한 결과, 본 실험범위에서 L* 값이 낮아져 밝기가 어두 워진 것을 알 수 있다. 또한 색상각은 염색 및 농도 증가와 함 께 93.93에서 77.41로 감소하여 미염색포의 녹색가미의 노랑에 서 붉은색의 가미 정도가 증가한 붉은색을 띤 진노랑 색상으로 염색되었음을 알 수 있다. 이것은 염색 농도가 증가함에 따라 a값이(-)에서 (+)로 증가한 것에 기인한 것이며 본 연구 범위에 서는 염액농도 증가에 의한 염착율 증가와 함께 채도(C)도 증 가하였다
- 매염방식에 무관하게 무매염보다 매염한 시료가 그리고 선매염보다는 후매염한 사료가 세탁견뢰도가 낮게 나타났는데 이것은 매염처리한 특히 후매염한 시료가 염착율이 크게 향상된 것에 기인한 것으로 판단된다. 그러나 Fe 매염의 경우 염착율이 크게 증가하여 낮은 세탁견뢰도가 기대되었으나 본 연구에서는 무매염과 같이 4급을 나타내어 염색성이 우수함은 물론 충분히 실용가능한 정도의 세탁견뢰도를 나타내는 것으로부터 색상을 고려하지 않을 경우 가장 적합한 매염제로 기대된다.
- Al 매염제의 경우 매염방식에 무관하게 무매염의 염착 특성과 거의 유사하여 K/S가 약간 증가한 반면, Cu와 Fe로 매염한 염색 시료의 경우 무매염 염색시보다 K/S값이 크게 증가함을 알 수 있다. 무매염 시료 및 Al, Cu 매염처리 경우 매염방식에 무관하게 파장 400nm에서 가장 높은 K/S값을 가지는 것으로 나타내었으나 Fe를 매염제로 후매염한 경우 염착율(K/S)이 크게 증가함은 물론 550~600nm 파장 영역에서 최대값을 나타내어 진하고 어두운 보라색으로 염색되었음을 알 수 있다. 따라서 크라비욘 섬유가 함유된 면타올에 있어 오배자 염색 시 염착율을 증가시키기 위해서는 Fe, Cu 매염제로 매염하는 것이 효과적일 것으로 판단되며 특히 Fe 매염의 경우 우수한 염색성이 기대된다.
- 94로 아주 옅은 기미의 녹색을 띤 밝은 노란색 톤을 함유한 백색 시료임을 알 수 있다. 미염색 시료를 염색온도 90℃에서 60분 간 염색한 결과, 본 실험범위에서 L* 값이 낮아져 밝기가 어두 워진 것을 알 수 있다. 또한 색상각은 염색 및 농도 증가와 함 께 93.
- 광원은 CIE표준광원 중 대낮 자연광 빛에 가까운 D-65 광원을 사용하였다. 미염색 시료의 경우 무채색인 백색을 나타 내는 시료이지만 CCM 측색결과 L* 값이 85.67로 매우 밝은 명도를 지니고, a* 값이 -0.74, b* 값이 10.70, h값이 93.94로 아주 옅은 기미의 녹색을 띤 밝은 노란색 톤을 함유한 백색 시료임을 알 수 있다. 미염색 시료를 염색온도 90℃에서 60분 간 염색한 결과, 본 실험범위에서 L* 값이 낮아져 밝기가 어두 워진 것을 알 수 있다.
- 32°와 유사하여 무매염 색상과 유사할 것으로 생각된다. 색 상각으로부터 선매염의 경우 무매염보다는 빨간색 톤의 가미 정도가 다소 감소된 노란색을 그리고 후매염의 경우 무 매염보다는 빨간색 톤의 가미정도가 다소 증가된 노란색을 나타낼 것으로 예상되며 무매염의 경우 갈색의 정도가 증가할 것으로 예상된다.
- 염색농도 증가에 따른 염착율의 증가로 인하여 견뢰도 감소가 예상되었으나 Table 4에서 알 수 있듯이 염착율의 증가에 따른 견뢰도의 변화가 거의 나타나지 않았으며. 염색농도가 제일 낮은 50%(o.w.f)의 3-4급을 제외하면 전체 실험 범위 내에서 4등급으로 우수한 세탁견뢰도를 나타내었다.
- 이것은 선매 염보다는 후매염이 염착율 상승과 함께 매염효과도 큰 것을 의미하며 Fe 매염을 함에 따라 피염물이 보라색 톤을 나타내는 것은 오배자 염료의 주성분인 탄닌이 Fe 매염제와 반응하여 복합 염을 형성한 것에 기인한 것이라 판단된다(Chu, 1998; Noh & Lee, 2014). 이상에서와 같이 Al을 제외한 Cu 및 Fe 매염에서는 선매염보다는 후매염하는 것이 크라비욘을 함유한 타올지의 오배자 염색에 있어 오배자의 염료 염착율 증가는 물론이고 매염 효과도 클 것으로 사료된다.
- 따라서 크라비욘 섬유가 함유된 면타올에 있어 오배자 염색 시 염착율을 증가시키기 위해서는 Fe, Cu 매염제로 매염하는 것이 효과적일 것으로 판단되며 특히 Fe 매염의 경우 우수한 염색성이 기대된다. 한편 매염방식에 따른 염색성은 Al 매염이 대동소이한 것을 제외하면 Fe 및 Cu 매염에서는 후매염을 하는 것이 전매 염보다 3배 이상의 높은 염착율을 나타내는 것을 알 수 있어 후매염이 적절할 것으로 판단된다.
후속연구
- 매염방식에 무관하게 무매염보다 매염한 시료가 그리고 선매염보다는 후매염한 사료가 세탁견뢰도가 낮게 나타났는데 이것은 매염처리한 특히 후매염한 시료가 염착율이 크게 향상된 것에 기인한 것으로 판단된다. 그러나 Fe 매염의 경우 염착율이 크게 증가하여 낮은 세탁견뢰도가 기대되었으나 본 연구에서는 무매염과 같이 4급을 나타내어 염색성이 우수함은 물론 충분히 실용가능한 정도의 세탁견뢰도를 나타내는 것으로부터 색상을 고려하지 않을 경우 가장 적합한 매염제로 기대된다.
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