KR100535320B1

KR100535320B1 - 천연염료를 이용한 직물류의 염색방법

Info

Publication number: KR100535320B1
Application number: KR10-2002-0087530A
Authority: KR
Inventors: 신중우
Original assignee: 주식회사영신물산
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2005-12-09
Also published as: KR20040061330A

Abstract

본 발명은 천연염료를 이용하여 직물 또는 편직물을 염색하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정련 및 표백공정후 섬유에 정전기적 기능을 부여하기 위하여 DMSIP 또는 SIPEG를 O.W.F.대비 0.5-5.0중량%으로 첨가한 후 40-80℃에서 10-30분간 반응시켜 섬유의 기능성을 부여하는 단계와, 액비(O.W.F.대비)를 1: 20-40으로 조정하여 천연염료를 O.W.F.대비 0.5-5.0중량%를 용해시켜 초기염색온도 30℃에서 20분간 염색하고 80℃로 승온하여 60분간 염색하는 단계와, 매염제는 알루미늄매염제인 백반을 O.W.F.대비 1-4%중량% 사용하여 40-90℃에서 매염한 후 1-2회 수세하여 탈수하고 건조시키는 단계와, 가공공정에서 건조된 염색물에 대하여 초미세 콜로이드화된 TiO₂를 O.W.F.대비 0.5-5.0중량% 첨가하여 유연처리하여 건조시키는 단계로 구성된다.

본 발명의 염색방법은 염착율이 낮은 천연식물성염료를 직물 또는 편직물에 염색시 염착률과 균염성을 향상시키고 또한 천연염료에서 취약한 일광견뢰도를 향상시킬 수 있다.

Description

천연염료를 이용한 직물류의 염색방법{Dyeing Method for Fabrics Using Natural Dyestuffs}

본 발명은 천연염료를 이용하여 염색하는 방법에 관한 것으로, 전통적인 천연염료의 염색시 문제점을 해결하기 위하여 직물 혹은 편직물에 처리하여 섬유와 염료의 결합력을 증대시키는 정전기적인 기능성을 부여함으로써 염착률과 동시에 염색의 재현성과 세탁성을 향상시키고자, DMSIP(Dimethyl-5-sulfoisophthalate Sodium salt)와 SIPEG(5-sulfo-1,3-bis(2-hydroxyethyl)ester)로 처리하여 천연염료를 염색한 후, 매염, 수세, 탈수, 건조시킨 후, 직물류의 일광견뢰도를 증진시키고 항균작용을 부여하기 위하여 초미세 콜로이드화된 이산화 티타늄으로 유연처리함으로써 직물류의 색상이 보다 다양화하고 세탁이나 일광, 마찰 등 제반 견뢰도 뿐만 아니라, 천연염색의 자연의 색감과 기능성을 보다 향상시키는 데 그 목적이 있다.

천연염색은 자연계에 존재하는 동물, 식물 및 광물로부터 분리하여 얻은 색소를 이용하여 면(綿), 견(絹), 마(麻), 모(毛) 등의 천연섬유를 염색하는 것으로서, 크게는 염료제조공정와 염색공정으로 구분되는 데, 염료제조공정은 원료의 채취, 염료추출, 정제, 염료화 과정으로 나누어지고, 염색공정은 정련, 표백, 염색, 후가공으로 나눌 수 있다. 그러나 종래의 염색방법은 몇몇 기능인이 종래의 전통방법을 승계하여 경험을 토대로 하는 수공업적인 방법으로 공정이 매우 복잡하고 반복재현이 어려우며, 수회에 걸쳐 반복적으로 염색함으로써 많은 인력과 시간이 필요하다. 따라서 이러한 문제점을 보완함으로서 전통염색기술을 계승발전 시키고 염색공정의 단순화, 규격화 및 표준화하여 천연염색의 산업화를 이루고자 한다.

현재 한국, 일본, 유럽에서는 천연염료를 이용한 의류제품이 현대인의 자연회귀에 대한 욕구와 자연친화적인 염색방법이란 점에서 의류업계에 점차 관심이 고조되고 있으며 실제로 주요 어패럴 브랜드의 트랜드 칼라북을 통해 현재 소개되고 있으며 그 시장규모가 점차 증가하고 있는 실정이다. 그러나 앞서 지적한바와 같이, 천연염료를 이용한 염색은 염색의 견뢰도를 향상시키기 위하여 수회에 걸쳐 염색과 매염, 수세, 건조과정을 반복하여 염착률을 높여주어야 한다. 이러한 염색방법은 많은 노동력과 시간이 요구되고, 염색의 재현성과 염색의 균염성에 많은 문제점이 발생되어 공업적인 규모로 산업화하기에는 적합하지 않다. 또한 섬유의 안료 염색에 사용되어지는 카치온화제(Cation agent)를 처리하여 섬유에 이온성을 부여하여 염색의 염착률을 높이는 방법을 최근에 많이 사용한다.

그러나 이러한 방법은 염색 후 견뢰도 저하를 가져오는데, 특히 일광 견뢰도, 세탁 및 마찰 견뢰도를 상당히 저하시키므로 보다 안정화하고 균염성, 일광 견뢰도, 세탁 및 마찰 등 제반 견뢰도를 향상시키고 천연염색 고유의 기능을 향상시킬 수 있는 공업적인 규모의 염색방법이 요구되고 있다.

천연염료를 이용한 염색방법에 관한 종래기술은 한국특허공개 1999-7624(천연염료의 염색방법)는 황토나 맥반석분말 등의 광물성염료, 치자나 소목 등의 식물성염료를 이용하여 직물류에 염색함에 있어서 천연염료를 음이온화제로 처리하고 구리매염제로 매염처리하여 정전기적 이온결합에 의하여 염색견뢰도를 향상시키면서 천연염료의 자연적인 색상발현 및 기능성을 부여하는 염색방법에 관한 것이다. 한국특허공개 2001-81732(천연염료로 염색된 편직물 및 그 염색방법)는 편직물을 천연염료로 후염처리하는 방법으로서 매염, 염색, 유연제처리로 구성된 방법이다. 한국특허공개 2002-90674(천연식물성 염료를 이용한 칼라조성물 및 그 제조방법)는 칼라조성물 제조에 필요한 광물성재료와 천연염료를 공중부양식으로 1차코팅하여 믹싱기 내부에서 정체시키면서 마찰에 의하여 조성물의 표면에 색이 고르게 코팅될 수 있게 하는 방법에 관한 것이다. 그 밖에 한국특허공개 2001-77130(봉숭아로부터 천연염료 추출방법 및 이 염료를 이용한 섬유제품의 염색방법), 한국특허공개 2000-55507(천연염료를 이용한 분말형태의 인조 모 및 그 제조방법)이 있으나 이들 공지기술은 본 발명과 기술적 구성이 다른 것 들이다.

본 발명은 종래의 직물 또는 편직물을 천연염료로 염색함에 있어서 나타나는 염착력 저하, 세탁 견뢰도 특히 일광 견뢰도가 매우 취약한 문제점을 해결하기 위하여 종래의 섬유염색에 사용하는 염색조제인 일반적인 양이온화제(Cation agent)와 다른 염색보조제로서 섬유의 주성분인 셀룰로오스(Cellulose)에 음이온성 관능기와 정전기적으로 결합하여 양이온성을 부여하는 기능성을 갖는 화합물과 초미세콜로이드의 TiO₂를 염색 전후에 처리함으로서 염착력과 견뢰도를 향상시키는 데 있다.

본 발명의 천연염료를 이용한 염색방법에 있어서 섬유의 기능성부여는 유용한 화합물로서 미국듀폰(DU PONT)사의 제품명 DMSIP(Dimethyl-5-sulfoisophthalate Sodium salt)와 SIPEG(5-sulfo-1,3-bis(2-hydroxyethyl)ester)을 직물 혹은 편직물에 처리하여 섬유와 염료의 결합력을 증대시키는 정전기적인 기능성을 부여함으로서 염착률을 향상시킴과 동시에 염색의 재현성, 세탁성을 향상시킨다. 또한 초미세 콜로이드화된 이산화 티타늄(미국 Elementis Specialtis사의 제품명 UVCM 30 TiO₂)를 염색 후 처리함으로서 일광 견뢰도를 증진시키고, 항균성 작용까지 기대할 수 있다. 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 구성에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

본 발명의 공정은 정련-표백-실케트-섬유의 기능성 부여-염색공정-매염공정-수세-건조-가공공정으로 나눌 수 있다.

1. 정련공정은 섬유소재중에 함유된 협잡물을 제거하고 침투성, 염색성의 향상을 목적으로 행하는 데, 정련제로는 알칼리 활성제, 유기용제, 효소, 산화제로 대별되며 정련하는 주 대상은 셀룰로오스, 울 측에 있다. 실용적으로 광범위하게 사용되는 대상은 셀룰로오스로서 알칼리와 활성제를 병용하여 사용하고, 울은 저알카리 조건으로 한다. 포지의 탈호, 정련도의 확인법으로는 전분 및 PVA, 아크릴계 호료, 왁스류 등의 검출정도를 확인하여야 한다.

2. 표백공정은 발호, 정련을 끝낸 생지에 잔존하는 착색물질을 분해, 탈색하여 최종제품의 용도에 맞게 백도를 얻고 또한 다른 불순물을 제거하기 위하여 표백제를 사용한다. 표백제에는 산화표백제 및 환원표백제가 있으며 이 공정은 협잡물을 가지고 있는 면, 마의 경우에 반드시 필요한 공정이다. 단섬유 복합직물은 일반적으로 과산화수소 및 염소계 표백제가 사용되어지며 백도를 향상시키기 위하여 염소계 표백한 후 과산화수소로 2단계 처리한다.

3. 실케트공정은 면섬유를 알카리 농후액에서 긴장 상태로 처리하면 광택, 염색성, 형태안정성, 평활성 및 촉감의 향상이 이루어진다. 감량공정에서 레이욘의 경우는 알카리 감량에 의하여 취화되므로 알카리감량보호제를 사용한다.

4. 섬유의 기능성 부여는 DMSIP(Dimethyl-5-sulfoisophthalate Sodium salt) 혹은 SIPEG(5-sulfo-1,3-bis(2-hydroxyethyl)ester; 미국듀퐁사 제품)을 직물 혹은 편직물에 처리하여 섬유와 염료의 결합력을 증대시키는 정전기적인 기능성을 부여함으로써 염착률을 향상시킴과 동시에 염색의 재현성, 세탁성을 향상시킨다. 처리방법은 면, 마, 견 등 염색하고자 하는 직물 혹은 편직물의 종류나 섬유의 구성요소에 따라 40℃ 내지 80℃에서 이행하며, 사용량은 O.W.F 2-4% 정도로 사용한다. 또한 섬유상 균일하게 기능성이 부여될 수 있도록 1-2% 정도 분산제를 사용하면 보다 효과적이다.

5. 염색공정은 상기의 1),2),3),4)공정을 거친 직물, 니트류, 편직물 등을 염색기내에서 액비를 10-40 정도로 조정한 후 온도를 20℃-40℃에서 잘 용해시킨 염료를 투입한 후 20-40분간 염색한다. 이후 온도를 서서히 올려 60℃-80℃에서 40-60분간 충분히 염색한다. 온도 승온시 급격히 승온하면 염색의 불균염성이 생길 수 있으므로 가능하면 1℃/분으로 승온 하는 것이 가장 이상적이다. 또한 염색시간을 충분히 함으로서 염색의 재현성과 견뢰도를 향상시킬 수 있다.

6. 매염공정은 천연염료를 염색하는데 있어서 매염제의 사용량과 종류의 선택에 따라 견뢰도와 원하는 색상을 얻을 수 있다. 매염제는 염착률이 낮은 섬유와 염료를 이어주는 고리역할을 한다. 또한 천연염료는 원래 견뢰도가 낮기 때문에 매염을 하지 않으면 색이 옅을 뿐만 아니라 햇빛에 오래 노출되거나 세탁을 하게 되면 색이 점점 변하거나 빠지게 된다. 매염을 하면 짙고 깊은 색을 얻을 수 있고, 염색 견뢰도도 매우 높아진다. 또 식물에서 추출한 염료는 여러 가지 종류의 색소가 포함된 다색성 염료가 많아 매염제를 달리하면 다양한 색을 얻을 수 있다. 매염하는 방법에는 선매염, 동시매염, 후매염이 있다. 선매염은 매염제를 미리 섬유에 흡착시킨 다음 염색하는 방법이다. 동시매염은 염료와 매염제를 섞어서 염색하는 것이고, 후매염은 염료를 직물에 염색 후 매염제를 처리하는 방법이다.

매염방법은 섬유와 염료, 그리고 매염제의 특성에 따라 선택한다. 전통적인 식물염색에서는 백반이나 철분이 많은 지하수 또는 동백나무나 노린재나무 등을 태워 얻은 재로 잿물을 만들어서 매염제로 이용하여 왔다. 철이나 구리로 만든 금속이온을 녹여서 매염제로 사용하기도 한다. 매염제는 성질과 특성에 따라 산성 매염제, 알카리성 매염제, 중성 매염제, 금속성 매염제로 크게 나뉜다. 산성 매염제에는 식초와 구연산이 있다. 구연산은 무색 투명한 결정체로 신맛이 강하고 냄새가 없고 물이나 알콜에 녹는다. 구연산나트륨, 구연산암모늄, 구연산칼륨 같은 형태로 사용한다. 알카리성 매염제에는 생석회(CaO), 소석회, 가성소다 등이 알카리성 매염제이다. 중성 매염제는 탄산칼슘(CaCO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃)이 있다. 탄산칼슘은 칼슘화합물로 자연계에 석회석, 백악, 조개껍질, 진주, 산호 등에 존재한다. 금속염에는 동매염제, 철매염재, 크롬매염제, 알루미늄매염제, 석매염제 등이 있다. 동매염제로 쓰이는 것은 아세트산구리나 황산구리(CuSO₄·5H₂O)이다. 아세트산구리는 섬유에 녹색을 띠게 하고 일광견뢰도를 높여준다. 더운물에 녹여 사용한다. 철매염제에는 황산제이철(FeSo₄·7H₂O), 염화철(FeCl₂·6H₂O)이 있다. 목초산철(산화철)이 보다 안정하다. 황산철은 염색 후에도 산 성분이 남아있으면 변색되거나 섬유를 손상시키므로 충분히 수세를 하여야 한다. 철매염을 하면 색상이 짙은 차색, 회색, 검은색 등으로 어두워진다. 알루미늄매염제에는 백반, 에세트산알루미늄, 염화알루미늄 등이 있다. 매염제의 사용량과 종류의 선택의 염료와 염색하고자 하는 색상에 따라 달라지나 일반적으로 O.W.F 1-4% 정도 사용하며 매염처리 온도는 40℃에서 90℃로 이행되고 있다.

7. 수세공정은 염색 및 매염시 미염착된 염료와 잔존하는 매염제를 제거하기 위하여 수세하게 된다. 수세가 불충분하면 염색 후 불균일이 발생하고 세탁견뢰도와 일광견뢰도 등 제반견뢰도가 현저히 떨어지므로 매우 유의하여야 한다.

8. 건조공정은 천연염료의 열변색성 등을 잘 고려하여 건조온도를 설정하고 염색 후 본래의 원색이 변화하지 않도록 잘 설정하고 대개 140℃에서 180℃ 사이에서 단시간 건조하는 것이 일반적이다.

9. 가공공정은 최종제품의 용도에 따라서 다른 성능을 부여해 주는 가공으로 방염가공, 발수가공, 친수화가공, 유연가공, 경화가공, 대전방지가공 등이 있으며 어느 방법이든 가공공정이 끝나면 마무리 셋팅의 효과를 주도록 해야한다. 주로 부대가공용으로 Padding Mangle를 사용한다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명하나 본 발명의 범위를 실시예로 한정되어지는 것은 아니다.

＜실시예 1＞; 식물성 염료 정향 염색

염색하고자 하는 천연섬유(綿)를 상기 내용에서 서술된바와 같이 정련, 표백공정 후 섬유에 정전기적인 기능성을 부여하기 위하여 DU PONT사의 DMSIP을 섬유의 O.W.F 기준으로 각각 무처리, 1%, 2%, 3%을 온도 40℃에서 20분간 처리하였다. 처리 후 분말화된 정향((주)B.T.N.T사 제품)을 섬유의 O.W.F 기준으로 2W%을 완전히 용해시킨 염색하였다. 액비는 1:20, 초기 염색온도는 30℃에서 20분간 염색 후 80℃ 승온하여 60분간 염색 후 2% 알루미늄매염제인 백반을 이용하여 매염한다. 매염 후 1-2회에 걸쳐 수세를 한 후 탈수, 건조시킨다.

건조된 염색물을 상기 9항에서 서술한 가공공정에서 초미세콜로이드 상태인 TiO₂제를 각각 무처리, 1%, 2%, 3%를 처리하고 유연처리 후 건조하였다.

＜실시예 2>; 식물성 염료 꼭두서니 염색

염색하고자 하는 천연섬유(絹)을 상기 내용에서 서술된바와 같이 정련, 표백공정 후 섬유에 정전기적인 기능성을 부여하기 위하여 DU PONT사의 SIPEG을 섬유의 O.W.F 기준으로 각각 무처리, 1%, 2%, 3%을 온도 40℃에서 20분간 처리하였다. 처리 후 분말화된 꼭두서니((주)N.T.B.T사 제품)를 섬유의 O.W.F 기준으로 2%을 완전히 용해시킨 염색하였다. 액비는 1:20, 초기 염색온도는 30℃에서 20분간 염색 후 80℃ 승온하여 60분간 염색 후 2% 알루미늄매염제인 백반을 이용하여 매염한다. 매염 후 1-2회에 걸쳐 수세를 한 후 탈수, 건조시킨다.

＜실시예 3＞; 식물성 염료 소목 염색

염색하고자 하는 천연섬유(毛)를 상기 내용에서 서술된바와 같이 정련, 표백공정 후 섬유에 정전기적인 기능성을 부여하기 위하여 DU PONT사의 DMSIP을 섬유의 O.W.F 기준으로 각각 무처리, 1%, 2%, 3%을 온도 40℃에서 20분간 처리하였다. 처리 후 분말화된 소목((주)N.T.B.T사 제품을 섬유의 O.W.F 기준으로 2%을 완전히 용해시킨 염색하였다. 액비는 1:20, 초기 염색온도는 30℃에서 20분간 염색 후 80℃ 승온하여 60분간 염색 후 2% 알루미늄매염제인 백반을 이용하여 매염한다. 매염 후 1-2회에 걸쳐 수세를 한 후 탈수, 건조시킨다.

＜실시예 4>; 식물성 염료 코치닐 염색

염색하고자 하는 천연섬유(麻)를 상기 내용에서 서술된바와 같이 정련, 표백공정 후 섬유에 정전기적인 기능성을 부여하기 위하여 DU PONT사의 SIPEG을 섬유의 O.W.F 기준으로 각각 무처리, 1%, 2%, 3%을 온도 40℃에서 20분간 처리하였다. 처리 후 분말화된 코치닐((주)N.T.B.T)을 섬유의 O.W.F 기준으로 2%을 완전히 용해시킨 염색하였다. 액비는 1:20, 초기 염색온도는 30℃에서 20분간 염색 후 80℃ 승온하여 60분간 염색 후 2% 알루미늄매염제인 백반을 이용하여 매염한다. 매염 후 1-2회에 걸쳐 수세를 한 후 탈수, 건조시킨다.

＜시험예＞

상기 실시예 1 내지 실시예 4에서 천연섬유를 대상으로 실험한 내용을 하기의 표 1 및 표 2에 기재하였다. 기초적 물성 평가기준은 마찰 견뢰도(ISO 105-X12), 일광 견뢰도(ISO 105-B02), 세탁 견뢰도(ISO 105-C03)를 기준으로 하였다.

표 1. DMSIP/SIPEG 처리량에 따른 염색의 염착률

구 분	무처리	1%	2%	3%
정 향	+52.44	+58.64	+62.62	+63.32
꼭두서니	+58.72	+62.63	+63.74	+63.66
소 목	+26.22	+27.78	+28.84	+28.82
코치닐	+36.72	+37.36	+38.53	+38.62

표 2. TiO₂초미세콜로이드제 처리량에 따른 일광 견뢰도

구 분	무처리	1%	2%	3%
정 향	2-3	3	3-4	3-4
꼭두서니	2	3	3-4	3-4
소 목	2	2-3	3-4	3-4
코치닐	2	2-3	3-4	3-4

결과 내용과 같이 표 1에서는 DMSIP/SIPEG 처리량에 따른 염색의 염착률이 향상되어 사용하지 않은 것과 2-3% 처리시 색상이 매우 짙게 향상된 것으로 나타났다. 표 2에서는 TiO₂초미세콜로이드제를 가공처리함으로서 천연식물염색에서 매우 취약한 일광 견뢰도가 매우 향상된 것으로 나타났다.

＜비교예＞

실시예 1 내지 4와 동일한 방법으로 편직물을 염색하여 염착률과 일광견뢰도를 비교한 바, 천연섬유에서와 같은 동일한 효과를 얻을 수 있었다.

본 발명은 염착율이 낮은 천연 식물성염료를 직물 또는 편직물 등에 섬유염색시 섬유에 정전기적인 기능을 부여하여 염착율과 균염성을 향상시키고 또한 천연염료에서 가장 취약한 일광 견뢰도를 초미세콜로이드 상태의 TiO₂를 사용하여 일광 견뢰도를 획기적으로 향상시킴으로써 천연염료를 이용한 염색을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제조공정을 나타낸 것이다.

Claims

직물을 천연염료로 염색함에 있어서,

정련, 표백 및 실켓공정을 거친 직물에 정전기적 기능을 부여하기 위하여 DMSIP 또는 SIPEG를 O.W.F.대비 0.5-5.0중량%으로 첨가한 후 40-80℃에서 10-30분간 반응시켜 섬유의 기능성을 부여하는 단계와,

액비(O.W.F.대비)를 1: 20-40으로 조정하여 음이온성 천연염료를 O.W.F.대비 0.5-5.0중량%를 용해시켜 초기염색온도 30℃에서 20분간 염색하고 80℃로 승온하여 60분간 염색하는 단계와,

매염, 수세, 탈수 및 건조공정을 거친 직물에 가공공정에서 초미세 콜로이드화된 TiO₂를 O.W.F.대비 0.5-5.0중량% 첨가하여 유연처리하여 건조시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 천연염료를 이용한 직물의 염색방법
제 1항에 있어서, 염색된 직물의 매염처리는 매염제로 알루미늄매염제인 백반을 O.W.F.대비 1-4%중량% 사용하여 40-90℃에서 매염하여 색상조절됨을 특징으로 하는 천연염료를 이용한 직물의 염색방법.
제 1항에 있어서, 직물은 천연섬유 또는 편직물인 것을 특징으로 하는 천연염료를 이용한 직물의 염색방법.
제 3항에 있어서, 천연섬유는 면, 실크, 모, 마 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 천연염료를 이용한 직물의 염색방법.
제 1항 내지 제 4항 중 선택된 어느 한 항의 방법으로 염색된 직물.