[논문]생물자원 폐기물을 활용한 친환경 가죽염색(II): 전처리에 의한 돈피의 양파껍질 색소에 대한 염색성 향상

여영미; 신윤숙

doi:10.5764/tcf.2018.30.4.294

생물자원 폐기물을 활용한 친환경 가죽염색(II): 전처리에 의한 돈피의 양파껍질 색소에 대한 염색성 향상
Eco-friendly Leather Dyeing Using Biomass Wastes(II) : Improving the Dyeability of Pig Leather to Onion Skin Colorant by Pre-treatment 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.30 no.4, 2018년, pp.294 - 303

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, eco-friendly natural dyeing for pig leather was explored by using onion skin which is food waste. Sodium caseinate was used as a pre-treatment agent to improve dyeability of pig leather and its effect on dye uptake was investigated according to treatment concentration. Dye uptake of the pre-treated pig leather was increased by about two times compared to untreated one at 0.2% pre-treatment concentration. Onion skin colorant imparted YR color on pig leather. After mordanting, the color of pretreated/dyed pig leather was varied from brick-red to khaki shades. However, mordanting did not improved dye uptake of the pre-treated/dyed pig leather significantly. The color-fastnesses of un-mordanted samples to light, dry cleaning, rubbing were grades 3-4, 5, and 4, respectively, which is good enough to meet all Korean Standard for Fastness of leather products. After mordanting, the light fastness of pig leather was improved to 4, 4-5 grade. The efficacy of sodium caseinate as a pre-treatment agent for pig leather was verified by improved dye uptake and good colorfastness. And, the natural dyeing of pig leather using food waste would be a significant sustainable way in terms of eco-friendliness and reuse of biomass to reduce environmental pollution.

주제어

표/그림 (13)

표 Table 1. Characteristics of pig skin
그림 Figure 1. Profile of pre-treatment, dyeing and mordanting.
그림 Figure 2. FT-IR spectrum of onion skin colorant.
그림 Figure 3. Chemical structure of quercetin, the main colorant of onion skin.
표 Table 2. Image of pig leather taken with scanning electron microscope(×100)
그림 Figure 4. Effect of dyeing temperature on the dye up-take of pig leather.
그림 Figure 5. Effect of colorant concentration on the dye uptake of pig leather.
그림 Figure 6. Effect of dyeing time on the dye uptake of pig leather.
그림 Figure 7. Effect of bath ratio on the dye uptake of pigleather.
그림 Figure 8. Effect of sodium caseinate concentration on the dye uptake of pig leather.
표 Table 3. Image of pre-treated pig leather taken with scanning electron microscope(×250)
표 Table 4. Effect of post-mordanting on the color of pre-treated/dyed pig leather samples
표 Table 5. Effect of post-mordanting on the colorfastness of pre-treated/dyed pig leather samples

AI 본문요약
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문제 정의

또한 염색성 Textile Coloration and Finishing, Vol. 30, No. 4 향상을 위한 전처리와 이에 대한 효과를 시험하여 천연 염색 돈피제품의 실용성을 높이고자 하였다. 양파껍질 색소의 성분 특성과 돈피의 형태구조적 특징을 알아보기 위해 FT-IR 분석과 SEM 분석을 행하였다.
본 연구는 환경오염을 줄일 수 있도록 식품부산물을 이용한 친환경 가죽염색에서 천연유래의 카제인 나트륨을 전처리제로 선택하여 시도함으로써 양파껍질 색소의 염착량을 크게 향상 시켜 실용성과 유효성을 검증하였다는 점에 그 의미를 부여할 수 있다. 염색 후에도 유연성을 유지하면서 동시에 항균성, 소취성 등 기능성을 부여할 수 있는 천연 가지제에 대한 후속연구를 통해 고품질의 친환경 기능성 가죽소재 개발이 가능할 것으로 기대한다.
이에 본 연구는 식품부산물인 돈피와 양파껍질을 이용하여 천연염색의 가능성을 조사하였다. 또한 염색성 Textile Coloration and Finishing, Vol.

가설 설정

염색온도가 높아짐에 따라 염착량이 증가하였으며, 이는 염욕의 온도가 상승하면 섬유 분자 간격이 넓어지고 염료 분자 운동이 활발해져서 섬유내부로 염료의 확산이 촉진되어 염착이 잘 되기 때문이다¹⁵⁾. 염착량은 70℃에서 가장 높았으나 돈피가 수축되어(수축률 4.06%) 적정 염색온도는 60℃로 정하였다. 이는 피혁의 염색공정시에 과도한 온도 상승은 단백질의 변성을 초래하고 가죽의 불균일한 염색과 유연성이 저하되는 문제가 발생하여 상품성이 떨어지므로 60℃ 이하의 온도에서 염색을 진행해야 한다는 연구와 일치하였다¹⁶⁾.

제안 방법

카제인 나트륨을 욕비 1:100, 50℃, 60분 조건에서 Textile Coloration and Finishing, Vol. 30, No. 4 농도를 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4%(o.w.f.)로 변화하여 전처리한 후 양파껍질 색소 염색의 최적조건인 욕비 1:50, 60℃, 5%(o.w.f.), 40분 염색을 하였다. 카제인 나트륨 전처리 농도에 따른 염착량의 차이는 Figure 8과 같다.
60℃, 농도 5%(o.w.f.), 욕비 1:100(o.w.f.)에서 양파껍질 색소 염색의 적정 시간을 알아보기 위해 20, 30, 40, 50, 60분 동안 각각 실험하였다.
)의 농도로 용해시킨 액으로 욕비 1:100, 50℃, 60분의 조건에서 처리한 후 효과적인 최적농도를 도출하였다. IR염색기(Infrared Rays Dyeing Machine, Model KSL-24 KOREA SCIENCE CO. LTD, Korea)를 사용하여 처리하였다.
), 40분에서 염색을 하였다. 그 다음 Al, Fe, Ti 매염제의 종류에 따른 효과를 알아보기 위하여 액비 1:100, 농도 3%(o.w.f.), 60℃, 40분에서 후매염을 각각 실시하였다.
돈피를 카제인 나트륨 수용액으로 액비 1:100, 50℃, 60분, 0.2%(o.w.f.) 농도 조건에서 전처리한 후, 양파껍질 색소 염색의 최적조건인 액비 1:50, 60℃, 5%(o.w.f.), 40분에서 염색을 하였다. 그 다음 Al, Fe, Ti 매염제의 종류에 따른 효과를 알아보기 위하여 액비 1:100, 농도 3%(o.
돈피의 앞·옆·측면을 전계방사형 주사전자현미경 (Field Emission Scanning Electron Microscope FE-SEM, Gemini 500, Carl Zeiss, UK)으로 분석하였다.
돈피의 은면은 노출된 모공이 너무 크고 긁힌 상처나 주름이 보일 수 있어 시각적인 아름다움이 덜하고, 육면(suede)은 부드럽고 감촉이 좋아 착용감이 우수해 패션 소재로 더 적합하여 본 연구에서는 돈피의 육면을 사용하였다.
양파껍질을 열수 추출, 농축, 동결건조 한 후 분말화한 색소를 사용하여 돈피에서의 최적의 염색온도와 시간, 염료 농도, 염욕액비 등을 조사하였다. 또한 염색성을 향상시키기 위해 자연유래의 카세인수용액으로 전처리하여 그 효과를 검토하였다. 알루미늄, 철, 티타늄 등의 매 염제에 의한 전처리후 염색한 돈피의 색상 변화를 살펴보고 일광·드라이클리닝·마찰 견뢰도를 평가하여 실용성을 검증하였다.
돈피의 앞·옆·측면을 전계방사형 주사전자현미경 (Field Emission Scanning Electron Microscope FE-SEM, Gemini 500, Carl Zeiss, UK)으로 분석하였다. 시료 위에 백금(Platinum)을 증착시켜 코팅 한 후 진공조건에서 미세한 전자선을 주사하여 시료표면에서부터 나오는 2차 전자를 검출기에 모아서 그 전자의 양적변화를 전기적 신호로 바꾸어 시료가 화면에 확대되어 나타나게 하여 2차원, 3차원 상으로 관찰하였다.
식품 부산물인 돈피와 양파껍질 색소를 이용하여 친환경적이고 염색성을 향상시킬 수 있는 효과적인 염색 방법을 모색하였다. 양파색소의 구조와 돈피의 형태를 Textile Coloration and Finishing, Vol.
알루미늄, 철, 티타늄 등의 매 염제에 의한 전처리후 염색한 돈피의 색상 변화를 살펴보고 일광·드라이클리닝·마찰 견뢰도를 평가하여 실용성을 검증하였다.
4 향상을 위한 전처리와 이에 대한 효과를 시험하여 천연 염색 돈피제품의 실용성을 높이고자 하였다. 양파껍질 색소의 성분 특성과 돈피의 형태구조적 특징을 알아보기 위해 FT-IR 분석과 SEM 분석을 행하였다. 양파껍질을 열수 추출, 농축, 동결건조 한 후 분말화한 색소를 사용하여 돈피에서의 최적의 염색온도와 시간, 염료 농도, 염욕액비 등을 조사하였다.
양파껍질 추출 색소의 구조적 특성을 확인하기 위해 색소를 ATR crystal 위에 올려 적외선 분광광도계(FT-IR,FourierTransformInfrared,Spectrophoto Spectrum 400, UK)를 사용하여 분석하였다.
양파껍질 색소의 성분 특성과 돈피의 형태구조적 특징을 알아보기 위해 FT-IR 분석과 SEM 분석을 행하였다. 양파껍질을 열수 추출, 농축, 동결건조 한 후 분말화한 색소를 사용하여 돈피에서의 최적의 염색온도와 시간, 염료 농도, 염욕액비 등을 조사하였다. 또한 염색성을 향상시키기 위해 자연유래의 카세인수용액으로 전처리하여 그 효과를 검토하였다.
염색온도, 시간, 농도 및 욕비 등을 달리하여 최적의 염색조건을 도출하였고, 최적 염색조건에서 전처리 효과를 살펴보았다. 전처리 후 염색한 시료는 농도 3%(o.
염색온도, 시간, 농도 및 욕비 등을 달리하여 최적의 염색조건을 도출하였고, 최적 염색조건에서 전처리 효과를 살펴보았다. 전처리 후 염색한 시료는 농도 3%(o.w.f.), 60℃, 40분, 욕비 1:50에서 후매염하였다. 염색과 매염은 IR염색기를 사용하여 Figure 1 공정으로 진행하였다.
카제인 나트륨(Sodium caseinate)을 증류수에 0.05-0.4%(o.w.b.)의 농도로 용해시킨 액으로 욕비 1:100, 50℃, 60분의 조건에서 처리한 후 효과적인 최적농도를 도출하였다. IR염색기(Infrared Rays Dyeing Machine, Model KSL-24 KOREA SCIENCE CO.

대상 데이터

실험에 사용한 양파껍질은 국내산으로 액비 1:30으로 열수 추출한 후 염액을 120±5rpm, 50℃ 조건에서 감압 농축하고 -80℃에서 급냉 시킨 후 동결건조기로 -50℃에서 건조, 분말화한 후 실험에 사용하였다.
연구에 사용한 돈피 시료는 무두질 후 건조시킨 마무리가 끝나지 않은 가죽으로 그 특성은 Table 1과 같다.
염착성 증진을 위한 전처리제는 카제인 나트륨 (Sodium Caseinate, Frieslan-campina Dmv B.V., Netherlands)을 사용하였고 매염제는 알루미늄 (Aluminium Ammonium Sulfate, AlK(SO4)2· 12H2O), 철(Iron(Ⅱ) lactate hydrate, C5H10FeO6), 티타늄(Potassium titanium oxide oxalate dihydrate, C4K2O9Ti·2H2O) 등을 사용하였다.
), 염색시간 40분, 욕비 1:50 임을 알 수 있었다. 염착성 향상을 위해 우유단백질인 카제인 나트륨을 전처리제로 사용하였는데 적정 처리 농도는 0.2%이었으며 염착량은 약 2배 증가하였다. 무매염의 돈피는 노랑색 기운이 강한 YR계열의 색상이었으며, 매염처리에 의해 염착량의 변화는 크지 않았으나 홍적색에서 카키색 범위의 색상이 발현되었다.
양파 염색한 시료의 염착량이 낮아 가죽의 효율적인 염색공정을 통하여 염료의 침투 및 결합을 촉진시킴으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 전처리 방법이 필요하였다. 천연염색 전이나 후에 콩즙 처리를 하면 염료 흡수가 좋아져 염색이 훨씬 진하게 염색되고 색이 덜 빠진다는 보고가 있으나^19,20) 콩즙의 사용은 염색의 정확성과 재현성 확보에 어려움이 있어 같은 효과를 낼 수 있는 카제인 나트륨을 전처리로 사용하여 실험하였다.

이론/모형

드라이클리닝 견뢰도는 KS K ISO-D01:2010에 하여 세탁시험기(Launder-O-meter, Type LHD-EF, Atlas Electric Devices Co., USA)를 사용하였으며 시험편을 Perchloroethylene 용제 200ml에 넣고 30℃ 온도에서 30분 동안 처리 후 건조하여 변퇴색 판정용 그레이 스케일(gray scale)과 오염 판정용 스케일(chromatic transference scale)을 사용하여 각각 측정 하였다.
마찰견뢰도는 마찰견뢰도 측정기(Crockmeter,Model CM-5, Atlas Electric Devices Co., USA)를 사용하여 AATCC Test Method 116-1989에 준하여 건조와 습윤 상태에서 각각 10회 마찰 시킨 후 변퇴색 판정용 그레이 스케일과 오염판정용 스케일로 평가하였다.
양파껍질 색소로 염색한 돈피 시료의 표면 염착량은 한국염색가공학회지 제 30권 제 4호 색차계(Color-Eye 3,100, Macbeth, Germany)를 사용하여 최대 흡수 파장인 400nm에서 염색포의 표면 반사율(R)을 측정한 후 Kubelka-Munk 식(1)에 의해 염착량 K/S값을 산출하였다. 또한 표면색은 CLE L*, a*,b*를 측정하고 Munsell의 색상(H), 명도(V), 채도(C) 값을 측정하였다.
일광견뢰도는 내광시험기(Xenon Test Chamber, Q-Sun Xe-1-b, USA)를 사용하여 카본아크 전류 15~17A, 아크전압 125~140V, 기계 내 온도는 블랙 패널(black panel) 온도계로 측정하여 AATCC 16에 의거 63℃, 기내습도 30%의 조건에서 20시간 광조사 하여 KS K 0218의 방법에 따라 등급을 평가하였다.

성능/효과

돈피를 형태분석한 결과 앞면은 매끄럽고 모공이 많이 보이고 부드러운 뒷면은 수많은 섬유조직이 불규칙적으로 결합되어 있었으며 측면에서는 불규칙한 결합 조직 사이에 미세한 틈들을 확인할 수 있었다. 양파껍질 색소를 이용한 돈피의 최적 염색조건은 염색온도 60℃, 색소농도 5%(o.
무매염 시료의 일광견뢰도는 3-4등급, 드라이클리닝은 5등급, 마찰견뢰도는 4등급이었는데 이는 가죽제품의 KS규격 염색견뢰도 품질기준을 모두 만족하는 우수한 등급이다. 또한 매염에 의해서 일광견뢰도가 4-4/5 등급으로 향상되었다.
실험결과, 양파껍질 색소를 이용한 돈피염색의 최적 조건은 욕비 1:50, 염색온도 60℃, 농도 5%(o.w.f.), 염색시간 40분 이었다.
돈피를 형태분석한 결과 앞면은 매끄럽고 모공이 많이 보이고 부드러운 뒷면은 수많은 섬유조직이 불규칙적으로 결합되어 있었으며 측면에서는 불규칙한 결합 조직 사이에 미세한 틈들을 확인할 수 있었다. 양파껍질 색소를 이용한 돈피의 최적 염색조건은 염색온도 60℃, 색소농도 5%(o.w.f.), 염색시간 40분, 욕비 1:50 임을 알 수 있었다. 염착성 향상을 위해 우유단백질인 카제인 나트륨을 전처리제로 사용하였는데 적정 처리 농도는 0.
이는 가죽제품의 KS규격 염색견뢰도 품질기준인 일광 3급 이상, 드라이클리닝 변퇴색·이염 4급 이상, 마찰견뢰도 건(3급 이상), 습(2급 이상)25) 을 모두 만족하는 우수한 등급으로 그 실용성이 확인되었다.
이는 가죽제품의 KS규격 염색견뢰도 품질기준인 일광 3급 이상, 드라이클리닝 변퇴색·이염 4급 이상, 마찰견뢰도 건(3급 이상), 습(2급 이상)²⁵⁾ 을 모두 만족하는 우수한 등급으로 그 실용성이 확인되었다. 천연염색 제품에서 중요한 일광견뢰도가 매염에 의해서 4-4/5등급으로 향상되어 매염제의 사용은 다양한 색상의 변화면에서 뿐만 아니라 견뢰도 향상에도 도움이 되는 것을 알 수 있었다.
카제인 나트륨 전처리 농도에 따른 염착량의 차이는 Figure 8과 같다. 카제인 나트륨 전처리를 하지 않고 양파 염색한 시료의 염착량은 6.01이었으나 처리 후 염착량은 크게 증가하였으며 특히 0.2%(o.w.f.) 농도에서 11.76으로 약 2배 증가하였으며 0.3%, 0.4% 농도가 증가할수록 점차 염착량이 10.85, 9.95로 감소하였다.

후속연구

본 연구는 환경오염을 줄일 수 있도록 식품부산물을 이용한 친환경 가죽염색에서 천연유래의 카제인 나트륨을 전처리제로 선택하여 시도함으로써 양파껍질 색소의 염착량을 크게 향상 시켜 실용성과 유효성을 검증하였다는 점에 그 의미를 부여할 수 있다. 염색 후에도 유연성을 유지하면서 동시에 항균성, 소취성 등 기능성을 부여할 수 있는 천연 가지제에 대한 후속연구를 통해 고품질의 친환경 기능성 가죽소재 개발이 가능할 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	양파 껍질의 효능은 무엇인가?	5%에 이른다고 한다. 또한 양파 껍질은 양파 육질 보다 세포내 활성 산소 종 제거 및 암세포 증식억제효과가 우수하고 특히 위암 세포에 대한 증식억제가 높다고 보고되었다9) . 양파껍질 염색의 선행 연구에서 사용되어진 소재는 견, 면, 모시, 한지 등을 사용하였다10-14) .
	돈피의 장점은 무엇인가?	돈피의 구조는 모낭이 크고 털구멍의 직경도 우피보다 크며 모근은 진피층을 지나 피하지방층까지 연장되어 있고 털은 3개씩 군을 이루어 삼각형 형태로 분포되어 있다. 또 가공 후에도 표면에 구멍이 남으며 표피층은 구멍이 매우 촘촘한데 비하여 지방세포가 많은 진피 층은 치밀하지 않다4) . 그리하여 우피에 비해 섬유 조직 간에 여유가 있어 부드럽고 가벼우며 통풍이 잘 되고 땀 흡수가 좋다. 또한 우피 및 양피에 비해 가격이 저렴하 다5) . 돈피는 수분 64%, 단백질 33%, 지방 2%, 무기질 0.
	가죽은 무엇인가?	가죽은 가볍고 튼튼하면서 아름다운 외관을 갖으며 보온성이 좋고, 흡습성, 투습성이 있어 매우 위생적이면서 상품적, 예술적 가치가 있는 천연소재로 주로 장식성을 겸한 방한복, 구두, 가방, 생활용품 등에 이용되고 있다1) . 이러한 가죽은 자연계에서 서식하는 동물의 껍질을 이용하여 탈모·유제·염색·도장 공정 등 복잡하고 까다로운 다단계의 제혁공정을 거쳐 생산되는데 이 과정에서 다양한 화학약품과 다량의 용수가 사용돼 제조공정에서 여러 가지 폐수와 폐기물을 발생시켜 이로 인한 심각한 환경오염이 유발된다.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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