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문제 정의
- Kim and Choi(2001b) 등의 연구는 호장근 추출색소의 분광 광학적 특성에 대한 정보를 충실하게 보여주고, 내일광성, 내세탁성에 대한 결과를 도출하였으나, 일광견뢰도, 드라이클리닝견뢰도 및 내세탁성을 표면색의 변화, K/S 및 색차로 판단하여 실제 사용에서의 판단기준을 명확화하기에는 조금 아쉬웠다. 따라서 본 연구에서는 Kim and Choi(2001a) 등의 연구에서 행하지 않은 염색견뢰도 판단에 땀견뢰도 및 마찰견뢰도를 추가하여 5항목의 견뢰도를 측정하고, 표준 회색 색표에 의한 등급판정을 하고, 색소농도에 따른 견직물의 염색성 및 항균성을 측정하여 천연염료로서의 호장근의 사용 가능성을 더욱 면밀하게 판단하고자 한다.
- 본 연구에서는 호장근 추출색소를 이용하여 견직물에 염색 시, 염색조건에 따른 염색성 변화, 매염에 따른 염착량과 표면색 변화, 염색견뢰도, 항균성 등을 평가하여, 웰빙 패션소재 제조에의 천연염료로서 호장근의 적용 가능성을 평가하고, 최적조건을 확립하고자 하였다.
제안 방법
- Al, Cu, Fe 등을 매염제로 사용, 40℃에서 20분간 선매염 및 후매염하고, 70℃에서 100분간 염색을 실시하였으며, 매염제 농도(1~5% o.w.f.) 및 매염방법에 따른 염색성을 비교 고찰하였으며, 매염에 따른 표면색의 변화는 색차계(Color System Co. Model JX 777)를 이용 비교 고찰하였다.
- 호장근 추출 색소액을 이용, 염색기로는 IR 타입(Daelim Starlet Engineering, Model DL-6001)을 사용하여, 1:100의 욕비, 10~100% v/v의 색소농도, 30~90℃의 염색온도, 20~120분의 염색시간, 3~11의 pH로 변화시키면서 염색하였으며, 염색성(K/S)을 비교 분석하여 각종 염색조건의 영향을 고찰하였다.
- 호장근에서 추출한 색소를 이용하여 견직물에 염색할 때 염색조건에 따른 염색성, 매염시의 표면색 변화, 각종 견뢰도 및 항균성을 분석한 결과는 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- [Table 1]과 같은 특성을 나타내는 KS K 0905의 견섬유 백포를 한국의류시험원에서 구입하여 시험포로 사용하였다.
- 호장근(한국산)은 시장에서 구입한 것을 분쇄한 후 사용하였으며, 매염제인AlK(SO4)2·12H2O, FeSO4·7H2O, CuSO4·5H2O 및 기타 시약 등은 1급인 것을 사용하였다.
이론/모형
- Launder-o-meter를 사용하여 세탁견뢰도는 KS K ISO 105 C06:2007 A2S법으로, Crock-meter를 사용하여 마찰견뢰도는 KS K 0650법으로, AATCC perspiration tester를 이용하여 땀견뢰도는 KS K 0715법으로, Launder-o-meter를 사용하여 드라이클리닝견뢰도는 KS K ISO 105 D01:2005법으로, Fade-o-meter를 이용하여 일광견뢰도는 KS K ISO 105 B02:2005법으로 측정하였다.
- 공시균으로 Staphylococcus aureus(ATCC 6538)와 Klebsiella pneumoniae(ATCC 4352)을 사용, KS K 0693: 2001에 의하여 정균감소율(bacteria reduction rate)을 측정, 항균성을 평가하였다.
- 색차계를 사용하여 표면반사율을 10 nm 간격으로 400에서 700 nm 범위에서 측정한 후 Kubelka-Munk식에 의해 염색성(K/S 값)을 산정하였다.
- 한편, CIE에서 제정한 색차식에 의하여 L*, a*, b*값을 측정하고, H V/C는 Munsell 표색계 변환법에 따라 구하였다.
성능/효과
- 1. 적정 염색조건은 색소농도 90%v/v, 염색온도 70℃, 염색시간 100분이었으며, pH가 알칼리성일 때 염색성은 매우 낮았으며, 산성욕에서 염착량은 증가하는 경향을 나타내어 최대 염착량을 pH 3에서 나타내었다.
- 2. 매염했을 때 염색성은 선매염 시 Al, Cu, Fe 순으로, 후매염 시 Cu, Al, Fe 순으로 증가하였다. 선매염시 Al의 경우, 매염농도 5%(o.
- 3. 표면색의 변화에서 매염처리 시 명도는 일반적으로 저하하는 경향을 보였으며, 선매염의 경우 무매염에 비해 일반적으로 녹색기미와 청색기미가 증가하였다. 후매염의 경우에는 Cu 매염 시 뚜렷한 적색기미와 청색기미의 증가를, Fe 매염의 경우 녹색기미와 청색기미의 증가를 나타내었다.
- 4. 매염에 의해 일반적으로 각종 견뢰도들은 향상되었으며, 염색견직물은 황색포도상구균에 대해 90.6%, 염색 후 매염 처리한 견직물은 97.1% 이상의 정균 감소율을 보이고, 폐렴간균에 대해서는 매염 처리 시에 90.5%, Cu 매염 시 99.9%의 정균감소율을 나타내었다.
- 7]은 후매염 시 K/S의 변화를 나타낸 것으로 Al 매염의 경우, 2% 농도에서 높은 염색성을 보인 뒤, 매염제 농도가 증가함에 따라 K/S값은 저하하였다. Cu의 경우, 매염제 농도가 증가함에 따라 염색성은 증가하여 최대 K/S값을 2%에서 나타낸 뒤, 그 이상의 매염제 농도에서 K/S값은 감소하는 경향을 나타내었으며, 매염제 Fe의 경우 1%에서 최대의 K/S값을 보인 뒤 매염농도가 증가함에 따라 염색성은 꾸준히 감소하였다.
- [Table 3]은 후매염 시의 표면색 변화로 매염처리에 의한 명도는 저하하는 경향을 나타내고, 색감각지수 a*의 경우에서 Al 및 Fe 매염 시 녹색기미가 증가하였으나, Cu로 매염하였을 때 적색기미가 강해지는 결과를 보였다. b*의 경우에는 Al 매염 시저농도에서 황색기미가 약간 증가하였으나, Cu 및 Fe 매염 시에는 청색기미가 강하여졌다.
- 무매염 염색직물에 비해 매염 염색직물은 일광견뢰도의 증가를 나타내어 1~2등급 향상되었다. 드라이클리닝견뢰도는 무매염 및 매염의 경우 모두 4~5급의 우수한 견뢰도를 나타내었으며, 세탁견뢰도는 변퇴색에 있어 무매염 염색견직물의 경우 1급으로 낮았으나, 후매염 염색견직물은 견뢰도의 증가를 나타내어 1등급 향상되었으며, 오염은 2~3급 및 3~4급의 견뢰도를 보였다. 마찰견뢰도는 건습 모두에서 4~5급이었으며, 땀견뢰도의 경우 무매염 염색견직물의 경우 2급으로 낮았으나, 변퇴색에 있어서 산성 땀액의 경우 매염에 의해 견뢰도는 증가하는 경향을 나타내었으며, 알칼리 땀액의 경우 Al 매염 시 4급으로 뚜렷한 견뢰도의 향상을 나타내었다.
- a*의 색감각지수 경우, 일반적으로 모든 매염제에서 무매염한 염색직물에 비하여 저하하여 매염에 의해 녹색기미가 증가하는 경향을 보였다. 또한 매염제 농도가 증가함에 따라 Al 매염하였을 때는 적색기미가 증가하는 경향을 나타내었으며, Cu 매염 및 Fe의 경우에는 적색기미가 증가하다가 녹색기미가 다시 증가함을 알 수 있었다. b*의 경우, Al 매염한 직물은 무매염한 염색직물에 비하여 큰 변화를 나타내지 않았으며, Cu 및 Fe 매염제의 경우 청색기미가 증가하는 경향을 나타내었다.
- 드라이클리닝견뢰도는 무매염 및 매염의 경우 모두 4~5급의 우수한 견뢰도를 나타내었으며, 세탁견뢰도는 변퇴색에 있어 무매염 염색견직물의 경우 1급으로 낮았으나, 후매염 염색견직물은 견뢰도의 증가를 나타내어 1등급 향상되었으며, 오염은 2~3급 및 3~4급의 견뢰도를 보였다. 마찰견뢰도는 건습 모두에서 4~5급이었으며, 땀견뢰도의 경우 무매염 염색견직물의 경우 2급으로 낮았으나, 변퇴색에 있어서 산성 땀액의 경우 매염에 의해 견뢰도는 증가하는 경향을 나타내었으며, 알칼리 땀액의 경우 Al 매염 시 4급으로 뚜렷한 견뢰도의 향상을 나타내었다. 오염에 있어서는 거의 4~5급의 우수한 견뢰도를 보여 매염으로 인한 견뢰도의 향상을 보였다.
- 무매염 염색직물에 비해 매염 염색직물은 일광견뢰도의 증가를 나타내어 1~2등급 향상되었다. 드라이클리닝견뢰도는 무매염 및 매염의 경우 모두 4~5급의 우수한 견뢰도를 나타내었으며, 세탁견뢰도는 변퇴색에 있어 무매염 염색견직물의 경우 1급으로 낮았으나, 후매염 염색견직물은 견뢰도의 증가를 나타내어 1등급 향상되었으며, 오염은 2~3급 및 3~4급의 견뢰도를 보였다.
- 본 연구 결과로부터 호장근 추출색소는 염색조건 및 매염조건에 따라 Yellow 및 Yellow Red 계열의 색상을 나타내며, 다양한 채도의 색상을 발현하는 것으로 확인되었으며, 패션소재 제조용 천연염료로서의 사용 가능성을 확인할 수 있었다. 패션의류제품 제작용 직물염색에의 보다 폭 넓은 활용을 위하여 소취성, 자외선 차단특성 등과 같은 기능성 검토와 염색견뢰도(일광견뢰도 및 세탁견뢰도)의 향상을 위한 후속연구가 이어져야 하겠다.
- 5]에 보였다. 산성으로 염욕이 변함에 따라 염색성의 증가 경향을 보였으며, 최대 염색성은 pH 3에서 나타났다. 일반적으로 견섬유 염색 시 염착량은 염욕의 pH가 견섬유의 등전점 부근에서 높다고 알려져 있는데(Choi & Kim, 1998), 이는 견직물의 등전점(pH 3.
- b*의 경우에는 Al 매염 시저농도에서 황색기미가 약간 증가하였으나, Cu 및 Fe 매염 시에는 청색기미가 강하여졌다. 색상은 Al 및 Fe 매염 시 Y계열의 색상을, Cu 매염에서는 YR 계열의 색상을 나타내었으며, 무매염 염색직물과 비교하여 채도는 감소하는 경향을 나타내었다.
- 2]는 70℃, 100분에서 염색 시 색소농도(10~100% v/v)에 따른 염색성(K/S 값)의 변화이다. 색소농도의 증가에 따라 염색성은 증가하는 경향을 나타냈으며, 90% v/v 이상의 농도에서는 증가 경향이 둔화하였다. 이와 같이 염색성은 호장근 추출 색소농도가 증가할수록 증가하는 경향을 나타냈는데, 더 많은 색소들이 염욕에서의 색소농도가 증가할수록 시료직물로 이동하여 염착됨으로서 더욱 강한 색의 깊이가 되기 때문이라고 생각된다(Shin, Son, & Yoo, 2008).
- [Table 4]는 무매염 염색견직물과 각종 매염제로 선매염 및 후매염한 최대 K/S를 나타내는 견직물의 표면색을 나타낸 것이다. 선매염시에는 무매염 염색 견직물과 같은 Yellow 계열의 색상을, 후매염의 경우도 Cu 매염 시의 Yellow Red 계열을 제외하고는 동일한 색상을 보이고 있음을 알 수 있었으며, Fe 매염의 경우 [Table 2] 및 [Table 3]에서도 알 수 있듯이 녹색을 띄는 경향이 증가하였음을 육안으로 확인하였다.
- 4]는 호장근 추출 색소농도 90% v/v로, 70℃에서 염색 시 염색시간에 따른 염착량의 변화를 나타낸 것이다. 염색 시 100분까지 호장근 색소들의 흡착은 빨리 진행되어 염색성은 증가하였으며, 염색시간 100분에서 최대 염색성을 나타낸 후, 그 이상의 시간에서는 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 이같은 경향은 100분까지는 색소의 음이온과 견섬유의 아민기(－NH2) 사이에서 이온 결합이 지속적으로 이루어 염색성이 증가하였으나, 그 이후에는 단분자형의 흡착곡선 형태와 유사하게 염착량이 평형상태에 도달하여 염색시간의 증가에 의한 염착량K/S)의 증가는 더 이상 나타내지 않는다고 생각되어진다(Sa, Choi, & Lee, 2013).
- 3]은 90% v/v의 색소농도로 염색 시 염색온도에 의한 염색성 변화를 나타낸 것이다. 염색 시 온도가 증가할수록 염색성은 증가하였으나, 염색온도 70℃ 이상에서는 그 증가가 둔화하여 거의 평형에 도달하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다. 일반적으로 염색온도가 상승하면 섬유의 분자간격이 넓어지고, 색소 분자운동이 활발해져 염착량이 증가하게 되어 염색온도가 증가할수록 염색성은 증가하는 것으로 판단되어진다(Sa, Choi, & Lee, 2013).
- 마찰견뢰도는 건습 모두에서 4~5급이었으며, 땀견뢰도의 경우 무매염 염색견직물의 경우 2급으로 낮았으나, 변퇴색에 있어서 산성 땀액의 경우 매염에 의해 견뢰도는 증가하는 경향을 나타내었으며, 알칼리 땀액의 경우 Al 매염 시 4급으로 뚜렷한 견뢰도의 향상을 나타내었다. 오염에 있어서는 거의 4~5급의 우수한 견뢰도를 보여 매염으로 인한 견뢰도의 향상을 보였다.
- 1%의 정균감소율을 보였다. 폐렴간균의 경우, 균감소율이 무염색견직물의 경우 89.2%, Al 및 Cu 매염의 경우 각각 90.5% 및 91.6%이었으며, Cu 매염 시 99.9%의 정균 감소율을 나타내 폐렴간균에 대한 뚜렷한 항균효과를 보였는데, 이는 Cu 자체가 가지는 항균성에 기인한 것으로 사료되었다.
- 0) 부근에서는 섬유표면에 안정성이 큰 양이온의 양이 증가하기 때문으로 생각된다(Lee & Jang, 2003). 호장근 추출액의 pH는 4.95~5.10으로 산성욕으로 염욕이 변함에 따라 염욕의 pH로 인해 증가한 견직물 표면에 존재하는 양이온기(+)와 음이온기(－)인 호장근 추출색소의 결합이 활발해져 염색성이 증가하는 것으로 판단되었다.
후속연구
- 본 연구 결과로부터 호장근 추출색소는 염색조건 및 매염조건에 따라 Yellow 및 Yellow Red 계열의 색상을 나타내며, 다양한 채도의 색상을 발현하는 것으로 확인되었으며, 패션소재 제조용 천연염료로서의 사용 가능성을 확인할 수 있었다. 패션의류제품 제작용 직물염색에의 보다 폭 넓은 활용을 위하여 소취성, 자외선 차단특성 등과 같은 기능성 검토와 염색견뢰도(일광견뢰도 및 세탁견뢰도)의 향상을 위한 후속연구가 이어져야 하겠다.
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