KR100267169B1 - 도토리, 밤 껍질로부터의 천연염료 제조방법 및 이 염료를이용하는 섬유제품 염색방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도토리 및 농산물 폐기물인 밤껍질로부터 색소성분(염료)을 추출하고, 추출한 색소성분을 분말화 한 천연염료 및 그 염료를 이용한 각종 섬유의 염색방법에 관한 것으로, 도토리는 순수한 물 또는 약간의 알칼리 성분을 가한 물과 함께 믹서로 분쇄하여 상온에서 색소성분을 추출하고, 밤껍질은 순수한 물 또는 물에 약간의 알칼리 성분을 가하고 끓여서 색소성분을 추출한 후 추출된 액을 여과, 건조, 분쇄하여 장기보관이 가능하고 안정성이 있는 분말상으로 만드는 염료의 제조방법과, 제조된 염료로 천연섬유 및 합성섬유에 염색함으로써 높은 세탁 견뢰도와 마찰 견뢰도를 갖는 갈색계통의 천연염색 섬유제품의 염색방법에 관한 것이다.

본 발명은 도토리는 순수한 물 또는 약간의 알칼리를 첨가하여 pH를 9∼11로 조정한 약 5배의 물과 함께 믹서로 분쇄하여 상온에서 30분∼1시간 방치하여 색소성분을 추출하고, 밤껍질은 순수한 물 또는 약간의 알칼리를 가해 pH를 9∼11로 조정한 약 5배의 물로 100℃에서 30분∼1시간 정도 끓여 색소성분을 추출한 후, 추출액을 여과, 동결건조 및 분쇄하여 분말상 염료를 제조하는 단계와, 음이온성의 섬유를 염색할 경우에는 염료의 흡진율을 높이기 위해 정련/표백한 섬유원단을 캐티온화제로 처리하여 섬유가 양이온기를 갖도록 전처리하는 단계와, pH를 3∼5로 조절한 1∼3% o.w.f 농도의 염색욕에 전처리된 원단을 투입하여 80℃∼100℃ 사이의 온도에서 40∼60분 염색하는 염색단계와, 염색된 원단을 수세한 후 공지의 매염제 또는 유연제로 처리하여 우수한 견뢰도를 갖는 염색물을 제조하는 후처리 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

도토리, 밤 껍질로부터의 천연염료 제조방법 및 이 염료를 이용하는 섬유제품 염색방법

본 발명은 우리 나라에 자생하고 있는 도토리와 폐기 농산물인 밤 껍질로부터 갈색계통의 색소성분을 추출하는 천연염료의 제조방법과 이 염료를 이용하는 섬유제품의 염색방법에 관한 것이다.

의류를 위시한 각종 섬유제품들은 유행의 변화와 소비자의 기호에 따라 다양한 색상과 고급화가 요구되고 있으며, 이에 따라 색상의 다양화와 관련한 염료의 다변화 및 염색 기술의 발달이 두드러지고 있다. 또한 합성염료의 사용으로 인해 천연염료의 사용량은 현격하게 감소되고 있으며, 섬유의 염색가공시 배출되는 각종 오염물질로 인한 환경오염은 심각한 공해를 유발하고 있다.

따라서 본 발명에서는 우리 나라에 자생하고 있는 도토리와 폐기농산물인 밤껍질을 염재로 사용함으로서 폐기 농산물의 효율적인 이용, 합성염료를 사용함으로서 발생하는 환경오염의 감소, 일부 합성염료의 인체 유해성 해소, 천연염료만이 가진 자연스러운 색상의 발현 및 우수한 세탁 및 마찰 견뢰도를 갖는 갈색계통의 천연염색 제품을 제조하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에서는 도토리와 밤 껍질로부터 효과적으로 색소성분을 추출하고 추출된 색소를 분말화하는 방법을 개발하여 염료로서의 안정성과 장기 보관에 따른 제반 문제를 해결하였으며, 이 염료를 이용한 염색방법을 개발함으로써 갈색계통의 다양한 천연염색제품을 얻을 수 있게 되었다.

본 발명에서는 물을 사용하여 도토리와 밤 껍질로부터 색소성분을 추출할 때 pH 조건과의 관계를 알아보기 위하여 산성, 중성 및 알칼리 조건에서 여러 차례에 걸쳐 추출한 결과 도토리와 밤 껍질 모두 pH 9∼11의 알칼리 조건에서 추출하였을 때가 가장 많은 색소성분이 추출된다는 것을 발견하였다. 그리고 도토리와 밤 껍질로부터 색소 성분을 추출하여, 추출한 액을 염액으로 바로 사용하는 경우에는 염색이 약산성에서 이루어짐을 감안할 때 적은 양의 산을 사용하여 pH를 조절하는 것이 가능하고, 분말화하여 장기간 보관하고자 하는 경우에는 약간의 알칼리를 첨가하여 추출하면 염색시 염료를 물에 쉽게 용해시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명에서 최적 염료 추출시간을 알아보기 위하여 도토리는 믹서로 분쇄한 후 30분, 60분, 90분, 120분동안 방치하고, 밤 껍질은 30분, 60분, 90분, 120분 동안 끓여서 추출하였더니 도토리는 60분 이상에서는 더 이상 방치하여도 추출되는 염료의 양이 증가하지 않는 것으로 나타나고 밤 껍질도 60분 이상에서는 거의 증가하지 않는 것으로 나타나서 추출시간은 도토리와 밤 껍질 모두 60분 정도가 가장 적합하다는 것을 알게 되었다.

또한 본 발명 천연염료의 염색성을 알아보기 위하여 캐티온화(양이온화) 전후 및 pH별로 정련, 표백한 면직물을 염색한 결과 도토리 및 밤 껍질 염료 모두 탄닌 성분을 함유하고 있기 때문에 거의 같은 염색거동을 보였으며, 캐티온화 후 산성조건(pH 3∼5)하에서 염색할 때 가장 많은 염료가 흡진된다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 도토리를 원료로 하는 경우, 물 또는 약간의 알칼리를 첨가하여 pH를 9∼11로 조정한 약 5배의 물과 함께 믹서로 분쇄하여 30분∼1시간 방치하고, 밤 껍질을 원료로 하는 경우, 물 또는 약간의 알칼리를 첨가하여 pH를 9∼11로 조정한 약5배의 물로 100℃에서 30분∼1시간 끓이는 방법으로 색소성분을 추출한 후, 추출액을 여과, 동결건조 시킨 후 분쇄하여 분말상의 천연염료를 얻게 된다.

본 발명의 구성을 공정별로 설명하면 다음과 같다.

1. 도토리로부터 색소성분의 추출

자연에서 채취한 도토리 100g과 순수한 물 500g 또는 알칼리를 약간 첨가하여 pH 9∼11로 조정한 물 500g을 믹서에 넣고 약 10분간 분쇄한 후 30분∼1시간 방치하는 방법으로 도토리내의 색소성분을 추출하였다.

2. 밤 껍질로부터 색소성분의 추출

분쇄기로 잘게 분쇄한 밤 껍질 100g에 순수한 물 또는 pH를 9∼11로 조정한 약알칼리 용액 500g을 넣고, 물의 증발을 막을 수 있는 용기를 사용하여 100℃에서 30분∼1시간 끓이는 방법으로 밤 껍질내의 수용성 색소성분을 추출하였다.

3. 추출한 색소성분의 분말화

앞에서 추출한 용액을 여과지로 여과하여 수 불용성분을 제거한 후, 동결건조하여 분쇄하는 방법으로 분말상의 염료를 제조하였다.

4. 섬유의 캐티온화(양이온화)

본 발명에서는 섬유에 대한 염료의 흡진율을 높이기 위해 필요에 따라 시판되고 있는 캐티온화제를 (대영화학(주) 제품 "SNOGEN CAT-800") 사용하여 정련/표

백된 면, 견, 양모, 레이온 및 나일론 등의 섬유원단을 캐티온화제 4% o.w.f, 액비 1:20으로 하여 60℃에서 30분간 캐티온화 하였다.

5. 염색방법

앞에서 준비한 염료 분말은 순수한 물로 추출한 경우에는 알칼리를 포함하고 있지 않아 물에 용해시키면 중성을 나타내지만, 알칼리를 첨가하여 추출한 경우에는 추출된 염료에 알칼리가 포함되어 있으므로 물에 용해된 염액은 알칼리성을 띄게 된다. 본 발명에서 실험한 결과에 의하면 중성이나 알칼리성보다는 산성에서 염료의 흡진율이 높은 것으로 나타남에 따라 순수한 물로 추출한 것과 알칼리를 첨가하여 추출한 것 모두 염료분말 1∼3% o.w.f, 액비 1:20으로 준비한 염액에 포름산을 가하여 pH를 3∼5로 조절하여 염색에 사용하였다. 이렇게 준비한 염액에 캐티온화한 섬유원단을 투입하고 80℃∼100℃에서 40∼60분간 염색한다.

6. 수세 및 후처리

염색이 끝난 원단을 특별한 소우핑제를 사용하지 않고 상온의 물로 2∼3회 수세하고 수세가 끝난 원단을 일반적으로 시판되고 있는 유연제를 사용하여 100g/ℓ의 처리액을 준비한 다음, 원단을 투입하여 픽업 약 80∼90%로 패딩한 후 120℃에서 1∼2분간 건조하여 170℃에서 약 40초간 큐어링하는 방법으로 후처리한다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 구체적으로 설명하나, 이들 실시예로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예

본 발명에서는 물을 사용하여 도토리와 밤껍질로부터 염료를 추출할 때 어느 pH 조건에서 추출하는 것이 효과적인지를 알아보기 위하여 표 1에서와 같이 산성, 중성 및 알칼리 조건에서 추출하였다. 이때 물은 염재 무게의 5배를 사용하였고, 도토리는 믹서로 분쇄하여 상온에서 1시간 방치하는 방법으로, 밤껍질은 100℃에서 60분간 끓이는 방법으로 추출한 후 여과 및 동결건조하여 얻어진 염료 무게를 측정하였다.

그 결과 도토리와 밤 껍질 모두에서 pH 9∼11의 알칼리 조건에서 추출하였을 때 가장 많은 염료가 추출되는 것으로 나타났다. 그러나 pH 조절을 위해 첨가한 알칼리가 추출된 염료에 포함되어 있다는 것을 고려하면 중성에서 추출한 것보다 약간 많은 정도였다. 추출된 액의 색상은 알칼리로 추출하였을 때가 가장 진한 것으로 나타났는데, 이것은 추출액에 산을 넣어 중성이나 산으로 만들면 다시 흐려지는 것으로 보아 추출된 염료가 알칼리에 의해 진하게 발색된 것으로 판단된다.

추출액을 동결건조 및 분쇄하여 분말화한 염료의 물에 대한 용해성은 알칼리를 첨가하여 추출한 염료가 가장 좋은 것으로 나타났는데, 20℃ 이하의 차가운 물에도 잘 용해하는 것으로 나타났다. 반면 순수한 물로 추출하여 분말화한 염료는 상온에서 장시간 교반하거나 염액의 온도를 30℃ 이상으로 하면 쉽게 용해되었다.

따라서 도토리 및 밤 껍질로부터 염료를 추출하는 경우 추출한 액을 염액으로 바로 사용하고자 하는 경우에는 순수한 물로 추출하면 적은양의 산을 사용하여 pH 조절이 가능하고, 분말화하여 장기간 보관하고자 하는 경우에는 약간의 알칼리를 첨가하여 추출하는 것이 염색에 사용할 때 쉽게 용해시킬 수 있을 것으로 판단되었다.

[표 1] pH에 따른 염료 추출량 비교

	pH 범위	추출량(도토리와 밤껍질 무게에 대한 추출된 염료의 무게비)	사용약제	추출염료의 물에대한 용해성
실시예 1	3∼4(산성)	5∼6%	포름산	△
실시예 2	7∼8(중성)	7∼8%		○
실시예 3	9∼11(알칼리성)	9∼10%	탄산나트륨	◎

표 1에서 ◎ : 아주 좋음, ○ : 좋음, △ : 보통을 나타냄

본 발명에서는 최적 염료추출 시간을 알아보기 위하여 표 2에서와 같이 도토리는 믹서로 분쇄한 후 30분, 60분, 90분, 120분 동안 방치하였고, 밤껍질은 30분, 60분, 90분, 120분 동안 끓여서 추출하였다. 이때 물은 염재 무게의 5배를 사용하였으며, 탄산나트륨으로 물의 pH를 10으로 조정하였다.

그 결과 도토리는 60분 이상에서는 더 이상 방치하여도 추출되는 염료의 양이 증가하지 않는 것으로 나타났으며, 밤껍질도 60분 이상에서는 거의 증가하지 않는 것으로 나타났다. 따라서 추출시간은 도토리와 밤껍질 모두 60분 정도가 가장 적합한 것으로 판단되었다.

[표 2]도토리와 밤껍질의 추출 시간에 따른 염료 추출량

	방치 시간	도토리의 염료 추출량		추출 시간	밤껍질의 염료 추출량
실시예 4	30분	8∼9%	실시예 8	30분	7∼8%
실시예 5	60분	9∼10%	실시예 9	60분	9∼10%
실시예 6	90분	9∼10%	실시예 10	90분	10∼11%
실시예 7	120분	9∼10%	실시예 11	120분	10∼11%

본 발명에서 제조한 염료의 염색성을 알아보기 위하여 캐티온화 전·후 및 pH 별로 정련/표백한 면직물을 염료 2% o.w.f, 액비 1:20으로 80℃에서 40분간 염색하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.

그 결과 도토리와 밤 껍질 염료 모두 탄닌 성분을 포함하고 있기 때문에 거의 같은 염색거동을 보이는 것으로 나타났는데, 캐티온화 후 산성 조건(pH 3∼5)에서 염색한 경우에 가장 진하게 염색되는 것으로 나타났으며, 캐티온화 하지 않고 pH를 산으로 조정하여 염색한 직물과 캐티온화 후 알칼리 조건에서 염색한 직물은 매우 흐리게 염색되었다. 이와 같은 경향은 견직물, 양모직물, 레이온 및 나일론에서도 나타났는데, 이것은 본 발명에서 추출한 염료가 합성염료중의 산성염료와 유사한 염색거동을 보이며, 캐티온화에 의해 섬유내부의 염착좌석이 증가하여 많은 양의 염료를 흡진하는 것으로 판단된다. 특히 견직물과 양모직물의 경우에는 면, 레이온 및 나일론 직물에 비해 더욱 많은 염료가 흡진하는 것으로 나타났다.

따라서 본 발명에서 추출한 염료는 섬유원단을 캐티온화한 후 pH를 3∼5로 조정하여 염색하는 것이 가장 적합한 것으로 나타났다.

[표 3] 도토리 및 밤껍질 염료의 염색성

	염색조건	염색 후 직물의 색상
실시예 12	캐티온화한 직물을 pH 3∼5에서 염색(산성)	◎
실시예 13	캐티온화한 직물을 pH 6∼8에서 염색(중성)	○
실시예 14	캐티온화한 직물을 pH 9∼11에서 염색(알칼리성)	△
실시예 15	캐티온화하지 않은 직물을 pH 3.5에서 염색	△

표 3에서 ◎ : 진함, ○ : 보통, △ : 흐림을 나타냄

본 발명에서는 도토리 및 밤껍질 염색물의 세탁 및 마찰견뢰도를 알아보기 위하여 면, 견, 양모, 레이온 및 나일론 직물을 캐티온화한 후 염료 2% o.w.f, 액비 1:20, pH 3∼5로 하여 80℃에서 40분간 염색하고 앞에서 설명한 유연제 처리조건에 따라 후처리한 후 견뢰도를 측정하여 표 4에 나타내었다.

도토리와 밤껍질 염색물은 매염제를 사용하여 선매염이나 후매염하는 경우 매염제의 종류 및 처리조건에 따라 색상 및 견뢰도에 다소 차이가 발생하기 때문에 본 발명에서는 특정한 매염제 처리를 하지 않고 염색 후 유연제만 처리한 후 견뢰도를 측정하였다. 이때 세탁견뢰도는 KS K 430(A-1), 마찰견뢰도는 KS K 650에 따라 시험하였다.

그 결과 도토리 및 밤껍질 염색물은 세탁 및 마찰견뢰도가 모두 4∼5급으로 매우 우수한 것으로 나타났으며, 표에서는 나타내지 않았지만 견직물과 양모직물의 경우에는 드라이클리닝 견뢰도도 4∼5급으로 매우 우수한 것으로 나타났다.

[표 4] 도토리 및 밤 껍질 염료로 염색한 각종 직물의 세탁 및 마찰견뢰도

	염색직물	세탁견뢰도(급)	마찰견뢰도(급)
		변퇴	오염	건	습
실시예 16	면직물	4∼5	4∼5	4∼5	4∼5
실시예 17	견직물	4∼5	4∼5	4∼5	4∼5
실시예 18	양모직물	4∼5	4∼5	4∼5	4∼5
실시예 19	레이온직물	4∼5	4∼5	4∼5	4∼5
실시예 20	나일론직물	4∼5	4∼5	4∼5	4∼5

본 발명에서 제조한 도토리와 밤 껍질을 원료로 하는 천연염료는 색소성분을 추출하는 공정이 간단하고, 이로부터 염료를 제조하는 공정이 간단하여 제조 코스트를 저감시키는 동시에 폐기농산물의 효율적인 이용이 가능하며 천연염료의 자연스런 색상을 발현시키고 높은 세탁 견뢰도와 마찰 견뢰도를 갖는 갈색 계통의 천연염색 제품을 제조할 수 있는 매우 유용한 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 도토리는 물 또는 약간의 알칼리를 첨가하여 pH를 9∼11로 조정한 약 5배의 물과 함께 믹서로 분쇄하여 30분∼1시간 방치하고, 밤껍질 역시 물 또는 약간의 알칼리를 첨가하여 pH를 9∼11로 조정한 약 5배의 물로 100℃에서 30분∼1시간 정도 끓이는 방법으로 색소성분을 추출한 후, 추출액을 여과 및 동결건조 후 분쇄하여 분말상으로 만드는 것을 특징으로 하는 천연염료 제조방법.
2. 염료의 흡진율을 높이기 위해 정련·표백된 섬유원단을 캐티온화제로 처리하여 섬유가 양이온기를 갖도록 하는 전처리 단계와, pH 3∼5로 조절한 염료 1∼3% o.w.f 농도의 염색욕에 상기 전처리된 원단을 투입하여 80℃∼100℃ 사이의 온도에서 40∼60분 염색하는 염색단계 및 염색된 원단을 수세한 후 공지의 매염제 또는 유연제로 처리하여 우수한 견뢰도를 갖게 하는 후처리 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도토리와 밤 껍질 염료를 이용하는 섬유제품의 염색방법.
3. 제2항에 있어서, 섬유의 종류가 천연섬유, 재생 셀룰로오스섬유 또는 합성섬유인 것을 특징으로 하는 섬유제품의 염색방법.
4. 제2항에 있어서, 섬유의 상태가 실, 직물, 편물 및 의류인 것을 특징으로 하는 섬유제품의 염색방법.
5. 제2항에 있어서, 사용염료로서 순수한 물로 도토리 또는 밤 껍질로부터 색소성분을 추출한 것을 여과하여 바로 염액으로 사용하는 것을 특징으로 하는 섬유제품의 염색방법.