KR100548019B1

KR100548019B1 - 화산석(송이) 천연염료 및 제조방법

Info

Publication number: KR100548019B1
Application number: KR1020050115468A
Authority: KR
Inventors: 장홍기; 박광열
Original assignee: (주)세노코; 주식회사 송이산업
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2006-01-31

Abstract

제주산 화산석(송이)을 이용하여 직물이나 원사 및 원단에 염색하는 방법 및 그 염료에 관한 것으로, 제주산 화산석과 천연 염착제 역할을 하는 다시마와 알긴산을 분해하는 미생물인 알긴노모나스 알기니카(Alginomonas alginica)를 반응시켜 염착력이 강한 기능성 화산석 천연염료를 제조하여 원사 및 원단에 염색하는 기술에 관한 것이다. 화산석 천연염색은 포름알데히드 및 휘발성유기화합물(VOCs) 등과 같은 유해물질이 발생치 않는 특성을 가지며 원적외선방사, 음이온방출, 탈취기능, 항균 및 항곰팡이 기능성을 가지고 있어 침구류나 의류로 사용할 경우에 주거환경개선 및 실내공간의 다양한 기능성을 부여 할 수 있다. 화산석 천연염액을 조제하여 염색한 섬유는 색상이 균일하고 색의 재현성이 우수하며, 불균염이 나타나지 않는데 특징이 있는 염색된 섬유의 견뢰도가 우수한 제품을 대량 생산 가능하게 하는 기술에 관한 것이다.

화산석, 다시마, 알긴산, 염료, 미생물

Description

화산석(송이) 천연염료 및 제조방법{manufacturing method of natural dye useing scoria}

도1은 화산석 염료로 염색된 직물에서 휘발성유기화합물(VOCs)량을 측정한 결과

도2는 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus) 에 의한 항균성실험결과 배지사진

도3은 폐렴균(Klebsiella pneumoniae )에 의한 항균성실험결과 배지사진

도4는 화산석 염료로 염색된 직물의 원적외선 방출실험 결과

본 발명은 제주산 화산석(송이)을 이용하여 직물이나 원사 및 원단에 염색하는 방법 및 그 천연염료에 관한 것으로, 제주산 화산석과 천연 염착제 역할을 하는 다시마와 알긴산을 분해하는 미생물인 알긴노모나스 알기니카(Alginomonas alginica)를 반응시켜 염착력이 강한 기능성 화산석 천연염료를 제조하여 원사 및 원단에 염색하는 기술에 관한 것이다.

본 발명의 화산석 천연염색은 포름알데히드 및 휘발성유기화합물(VOCs) 등과 같은 유해물질이 발생치 않는 특성을 가지며, 원적외선방사, 음이온방출, 탈취기능, 항균 및 항곰팡이 기능성을 가지고 있는 천연 염료 및 염색에 관한 것이다,

화산석(scoria)은 화산 폭발시 고온의 지하 마그마가 지상으로 분출될 때 생성되는 화산분출물을 지칭하는 것으로, 구멍이 송송난 외형 때문에 제주도지역에서는 ‘송이’라는 이름의 방언으로 통용되고 있다.

화산석(송이)의 주요 물성 특징을 살펴보면, 화산폭발시 1,600℃의 고열에서 소송된 천연세라믹이므로, 생물체의 성장을 촉진시키는 대신 세균의 증식을 억제하는 효과를 갖고 있고, 광촉매 물질인 천연 이산화티타늄(TiO₂)의 함유율이 3%~10%이상으로 중금속 흡착율이 뛰어나고 독성제거에 탁월하다. 특히, 실내 공기정화 효과가 뛰어나며 음이온 및 원적외선 방사량이 우수한 약알칼리성소재라고 할 수 있다.

이러한 유용한 물성특징을 갖는 소재라는 것이 알려지면서 산업계에서는 화산석(송이)을 이용한 기술개발이 시작되었다. 예를 들면, 한국 공개특허공보 제2002-82167호에서는 화산석을 가공하여 각종 건축자재 등의 용도로 사용하기 위한 가공방법 등이 출원되었고, 한국 공개특허공보 제2005-82832호에서는 화산석을 향장품원료로 가공하여 천연팩을 제조하는 기술이 출원되었다.

직물 염색법과 관련한 출원으로는 한국 등록특허공보 제360142호와 한국 등록특허공보 제485032호에는 삼백초로부터 염료성분을 추출하여 천연염료를 제조하는 방법과 블루베리 버찌 등의 원료로부터 천연안토시아닌 염료를 제조하는 방법이 등록 되었고, 한국 등록특허공보 제292986호와 한국 등록특허공보 제321991호에서는 황토나 맥반석등의 광물재료를 이용하여 염료를 제조하여 이를 천연섬유 등에 염색하는 기술들이 출원되었으며, 한국 공개특허공보 제2003-78283호에서는 광물재로부터 유채, 무채색의 염료를 채취하여 천연섬유에 염색하는 방법이 출원되었다. 그러나 이상의 황토염색이나 광물재를 사용한 염색은 수공업의 방법으로 생산비가 많이 들고, 대량생산이 어렵고, 얼룩이 심하고, 세탁견뢰도가 나빠 실용적 가치가 떨어지는 단점이 있다.

한편, 화산석을 이용한 염색방법을 주요 기술구성으로 한 출원은 거의 이루어지고 있지 않고 있으며, 다만, 제주도의 풍부한 화산석을 이용한 염색법으로서 화산석을 미세하게 분쇄하여 그 미세한 화산석 분말에 물을 붓고 소금을 넣은 후 천 또는 옷을 담궈 직물을 염색하는 직물 염색법이 종래부터 사용되어 왔을 뿐이다.

이와 같은, 화산석을 이용한 염색법은 화산석 입자가 섬유와 섬유사이에 살짝 붙어있는 정도에 불과하므로, 염색을 마친 후의 화산석 옷감이나 화산석 옷은 세탁 할 때마다 직물에 염색된 화산석물이 세탁물과 함께 빠진다는 점과 염색된 직물의 경우, 균일하게 염색되지 않아 상품성이 떨어진다는 결점을 안고 있었다.

이로 인하여 서두에서 서술한 바와 같이 화산석이 우수한 물성특징을 갖고 있음에도 불구하고, 염색 물빠짐이 심한 화산석 염색 섬유는 화산석 고유의 특징인 원적외선을 방출하지 못하고 음이온방출, 탈취기능, 항균 및 항곰팡이 기능의 화산석염색의 장점을 활용할 수 없게 된다는 점 역시 큰 문제로 지적되어왔고, 일부 염색업자들은 세탁시 화산석물이 빠지는 단점을 개선하기 위해 화산석 염색천에 염착제 라는 화학염료를 사용하는 등의 노력을 기울여왔다. 그러나 이러한 인공염료를 이용한 염색은 환경오염 문제를 안고 있고, 대부분의 공정이 수작업으로 이루어지는 종래의 화산석(송이)을 이용한 천연염색법은 대량생산이 어렵고 염색물의 색상이 균일하지 않고 얼룩이 심하여 산업적으로는 이용하기에는 적절하지 않았다.

따라서, 종래의 화산석 염색가공 기술에 따른 단점을 보완하고 화산석 농도별, 직물, 면의 수, 온도, 염색횟수, 염색시간 등에 관계없이 염착이 양호하고 얼룩이 생기지 않도록 하면서 대량 생산을 할 수 있고 또한, 인건비를 줄이고 환경 친화적이며, 염색 후 직물의 견뢰도가 우수한 천연소재인 화산석을 이용한 새로운 염색방법의 개발이 요구되었다.

특히, 해양미생물과 관련한 산업계의 이용을 살펴보면, 일본 다카라 주조에서는 해조류에 있는 다당류인 푸코이딘(fucose monosurfate 함유다당류)을 특이적으로 분해하는 2종류의 효소의 복제(cloning)에 성공하고 전체염기배열을 결정하였으며(일본 당질 심포지엄, 1998년 9월 30일 보고), 다카라 주조 주식회사의 바이오 사업부문에서는 이 효소를 사용하여 푸코이딘의 화학구조를 규명함으로서 이를 이용하여 건강식품 등을 제조하기 위한 목적으로 이용하는 예가 있으나, 섬유에 천연염료를 염착시키기 위한 목적으로 해양미생물 분해효소를 사용한 예는 없다.

본 발명의 목적은 염색소재로서 제주산 화산석(송이)과 천연 염착제 역할을 하는 다시마와 알긴산을 분해하는 미생물인 알긴노모나스 알기니카(Alginomonas alginica)를 반응시켜, 염착력이 강한 화산석 천연염료를 제조하여 원사 및 원단에 염색하는 환경 친화적 염색법을 제공함으로서 종래의 화산석 염색가공 기술에서 개선되어야 할 문제로 지적된 얼룩이 생기지 않도록 하면서, 대량 생산을 할 수 있고 또한, 인건비를 줄이고, 화산석 농도별, 직물, 면의 수, 온도, 염색횟수, 염색시간 등에 관계없이 염착이 양호하며, 염색된 직물이나 원사 및 원단의 견뢰도를 향상시키는데 있다.

더우기, 화산석 염색은 포름알데히드 및 휘발성유기화합물(VOCs) 등과 같은 유해물질이 발생치 않는 특성을 가지며 원적외선방사, 음이온방출, 탈취기능, 항균 및 항곰팡이 기능성 천연염색을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 천연염료 및 염색방법은 제주산 화산석을 기류식분쇄기를 이용하여 분쇄한 2,500메쉬(mesh)의 화산석 미세 입자 20 내지 60 중량부, 다시마 1 내지 20중량부, 물 20 내지 600중량부를 혼합하여 해조류 분해미생물 알긴노모나스 알기니카(Alginomonas alginica)에 접종하여 반응기에 넣고 발효과정을 거쳐 기능성 화산석 천연염료를 만드는 과정으로 이루어진다.

이하에서 본 발명의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제주산 화산석을 기류식분쇄기를 이용하여 분쇄한 2,500메쉬(mesh)의 화산석 미세 입자를 색의 농도에 따라 사용하며, 화산석 미세 입자 40중량부 다시마 10중량부, 물 100중량부를 혼합하여 해조류 분해미생물 알긴노모나스 알기니카 (Alginomonas alginica ATCC 5426) 1중량부 접종하여 반응기에 넣고 발효 반응시켜 화산석 천연염료를 만든다.

반응기내의 천연염료는 다시마와 분해미생물과 반응하여 발효과정을 거쳐 완전한 염료가 생성되며 발효공정으로 섬유에 염색시 가장 문제점인 세탁견뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.

반응기의 구성은 교반임펠러를 회전시킬 수 있는 교반 모터를 설치하여 200~1,000rpm으로 교반할 수 있도록 하였으며 온도를 20~100℃조절할 수 있도록 온도조절기와 공급관을 설치하였다.

또한, 반응기에 산소를 공급하여 미생물의 활발한 역할을 하고, 화산석 염료의 원활한 반응을 위해 압축산소를 공급하였으며, 공급된 산소량을 측정하고 공급량을 조절할 수 있도록 DO센서를 설치하였고 pH 6.5를 유지할 수 있도록 하기 위하여 pH센서의 요구에 따라 자동적으로 투입되도록 설치하였다.

미생물 접종 후 온도는 25~30℃로 설정하였으며, 염료의 양은 레벨센서, 온도는 TIC센서, 농도는 브릭스계(%)를 부착하여 자동으로 조절될 수 있도록 함으로서 화산석 염료의 최적조건으로 고농도의 좋은 염료를 얻을 수 있다.

다시마에 미생물 알긴노모나스 알기니카(Alginomonas alginica)를 접종 후에 반응이 잘 이루어지도록 교반 모터를 이용하여 교반임펠러를 280rpm으로 교반하였으며, 온도는 25~30℃를 유지하면서 5~10일간 반응하면 화산석 천연염료가 된다.

반응이 끝난 화산석 염료는 부패방지와 대장균 등을 제거를 위해 100℃에서 2시간동안 살균처리하여 천연염료를 완성한다.

실시예 1

염색은 상기에서 제조한 화산석 천연염료 40리터에 물 360리터를 가하여 전체량을 400리터로 만들어, 섬유를 시간당 3,500야드를 염색할 수 있는 염액을 조제한다. 제조된 염액을 염색기의 염액탱크에 넣고 연속적으로 80℃에서 반복 염색 후 수세, 건조하여 완성한다.

실시예 1과 같이 화산석 천연염액을 조제하여 염색한 섬유는 색상이 균일하고 색의 재현성이 우수하였으며, 불균염 등은 거의 나타나지 않았고 대량 생산이 가능하게 되었다. 이하 염색된 섬유의 특성을 측정한 결과를 보면 다음과 같다.

도면1에서 나타난 바와 같이 휘발성유기화합물(VOCs)량을 측정한 결과 본 발명에 의한 화산석 천연염료를 사용한 염색물에서는 새집 증후군을 유발하는 유해물질이 검출되지 않았다.

표1은 한국 공업규격에 의한 시험법에 의해 세탁견뢰도(KS K 0430-2001, A-1, 40±2℃) , 마찰견뢰도(KS K 0650-2001), 일광견뢰도(KS K 0700-1990, 페이드오미터, BLUE SCALE) 및 땀견뢰도(KS K 0715-2002)를 측정한 결과를 나타내며 이 측정결과에 의하면, 세탁견뢰도는 4-5급으로 나타났고, 마찰견뢰도는 4-5급, 일광견뢰도는 4급, 땀견뢰도는 4-5급으로 조사되어 염색된 직물이 거의 변색되지 않았다.

표1 한국 공업규격에 의한 시험법에 의한 견뢰도 측정결과

구분	세탁견뢰도 (시험법: KS K 0430-2001, A-1, 40±2℃)
변퇴색	4급
오염	면	4-5급
	모	4-5급
구분	마찰견뢰도 (시험법:KS K 0650-2001)
건조상태	4-5급
습상태	3-4급

구분	일광견뢰도 (시험법:KS K 0700-1990, 페이드오미터, BLUE SCALE)
20 표준퇴색시간	4급이상

구분	땀견뢰도 (시험법 : KS K 0715-2002)
산성 변퇴색	4-5급
오염	면	4-5급
	모	4-5급
알칼리성 변퇴색	4-5급
오염	면	4-5급
	모	4-5급

표 2와 도면2 및 도면3은 각각 항균성 실험결과를 나타낸 것으로, 표 2의 균주1은 황색 포도상 구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538), 균주2는 폐렴균 (Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)으로 항균성을 실험한 결과를 나타내며, 화산석으로 염료를 제조하여 염색한 직물에서는 균 감소율99.9%를 보여 높은 항균성을 보였다.

표2 균주에 의한 항균성 실험결과

(단위 : 세균수/ml, 정균감소율%)

항균도 (시험법 : KS K 0693-2001)
구 분		BLANK	SAMPLE	비 고
균주 1	초기균수	2.2×10⁴	2.2×10⁴
	18시간 후	2.6×10⁶	<10
	정균감소율	-	99.9%
균주 2	초기균수	2.6×10⁴	2.2×10⁴
	18시간 후	2.2×10⁷	<10
	정균감소율	-	99.9%

균주1 : 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)

균주2 : 폐렴균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352)

도면4는 40℃(인간의 체온 수준)에서 시험한 원적외선 방출실험 결과를 나타낸다. 원적외선방사 측정실험에 사용된 측정기는 파장별 방사조도계( FT-IR Spectrometer)를 이용하였으며 흑색몸체(Black Body)대비 측정결과이다. 측정된 결과에 의하면, 화산석 염색한 원단에서는 방사율(5～20㎛)이 0.925%, 방사에너지는 3.73×10²(W/㎡/㎛, 40℃)으로 원적외선이 방출됨을 확인 할 수 있다.

음이온 측정시험은 시험방법 KFIA-FI-1042에 의하였고, 시험편 200×300mm을 전하입자 측정장치를 이용하여 실내온도 19℃, 습도46%, 대기중 음이온수104/cc조건에서 측정하였으며, 측정대상물에서 방출되는 음이온은 단위체적당 250cc의 이온이 방출된 것으로 확인되었다.

이상으로 화산석 염색은 포름알데히드 및 휘발성유기화합물(VOCs) 등과 같은 유해물질이 발생치 않는 특성을 가지며 원적외선방사, 음이온방출, 탈취기능, 항균 및 항곰팡이 기능성을 가지고 있어 침구류나 의류로 사용할 경우에 주거환경개선 및 실내공간의 다양한 기능성을 갖고 있다는 것이 확인되었다.

화산석를 이용하여 다시마와 해조류분해미생물인 알긴노모나스 알기니카(Alginomonas alginica )를 접종 후 반응시켜 균일한 화산석염료를 조제하여 화산석 천연염료를 개발하고 또한 섬유에 염색하는 가공기술로서 이에 대한 효과는 다음과 같다.

화산석 염색은 포름알데히드 및 휘발성유기화합물(VOCs) 등과 같은 유해물질이 발생치 않는 특성을 가지며 원적외선방사, 음이온방출, 탈취기능, 항균 및 항곰팡이 기능성을 가지고 있어 침구류나 의류로 사용할 경우에 주거환경개선 및 실내공간의 다양한 기능성을 부여 할 수 있다.

또한, 화산석 염액을 조제하여 염색한 섬유는 색상이 균일하고 색의 재현성이 우수하였으며, 불균염 등은 거의 나타나지 않았고 염색된 섬유의 견뢰도가 우수한 제품을 대량 생산 가능하게 되었다.

Claims

화산석을 분쇄하여 다시마를 혼합한 후, 해조류분해미생물에 접종시켜 반응기에 넣고 발효과정을 거쳐 얻어지는 것을 특징으로 하는 기능성 화산석 천연염료
제1항에 있어서, 기능성은 포름알데히드 및 휘발성유기화합물(VOCs)와 같은 유해물질이 발생치 않는 기능, 음이온방출, 탈취기능, 항균 및 항곰팡이 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화산석 천연염료
제1항에 있어서, 해조류분해미생물은 알긴노모나스 알기니카(Alginomonas alginica)인 것을 특징으로 하는 화산석 천연염료
제2항에 있어서, 다시마는 1 ~ 20 중량부이고, 분쇄된 화산석은 20 ~ 60 중량부인 것을 특징으로 하는 화산석 천연염료
화산석을 분쇄하여 다시마를 혼합한 후, 해조류분해미생물에 접종시켜 반응기에 넣 고 발효과정을 거쳐 제조된 천연염료를 물과 혼합하여 만든 염액을 수세, 건조 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 화산석 천연염색방법