KR101080745B1

KR101080745B1 - 천연염료 자동 제조설비

Info

Publication number: KR101080745B1
Application number: KR1020110054979A
Authority: KR
Inventors: 김선호; 김정기; 장홍기
Original assignee: 장홍기; (주)세노코
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2011-11-08

Abstract

본 발명은 천연염료 자동 제조설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인디고 생산식물인 쪽, 대청, 인디고페라, 엘살바도로쪽으로부터 다량의 니람 및 인디고 염료를 자동으로 제조할 수 있는 천연염료 자동 제조설비에 관한 것이다.
본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비는, 다량의 인디고 식물이 수집되어 있는 원료수집조가 수용되고 상온의 온수를 공급하여 상기 인디고 식물로부터 인디고 색소를 추출하게 되는 추출장치와; 물과 소석회를 각각 공급받아 이를 교반하여 고농도의 소석회상등액을 얻고 침전물은 외부로 배출시키는 소석회상등액 제조장치와; 상기 추출장치로부터 인디고 색소를 공급받고 상기 소석회상등액 제조장치로부터 소석회상등액을 공급받아 인디고 색소를 산화 침전시키는 산화침전장치와; 상기 산화침전장치에 침전된 니람을 공급받아 보관 저장하게 되는 니람수조와; 조건이 미리 설정되어 각 장치에서 원료의 이송을 다음 장치로 자동 이송하도록 제어하는 제어장치를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

천연염료 자동 제조설비{Equipment for automatic manufacturing of natural dyes}

본 발명은 천연염료 자동 제조설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인디고 생산식물인 쪽, 대청, 인디고페라, 엘살바도로쪽으로부터 다량의 니람 및 인디고 염료를 자동으로 제조할 수 있는 천연염료 자동 제조설비에 관한 것이다.

인디고 천연염료를 만들기 위해 전 세계적으로 다양한 종류의 염료식물이 이용되고 있다. 우리나라의 경우 쪽 염료 식물은 쪽 색소가 포함되어 있는 식물로 마디풀(여귀)과의 1년생 풀인 쪽을 주로 가리키지만, 세계 각지에 23과 100종류 이상이 확인되고 있다. 쪽 염료를 가진 식물들은 초본류와 목본류를 비롯해 모양이나 자생지 및 형태도 다양한 종류가 있지만 염료로 이용하기 위해서는 식물에 함유하고 있는 인디고 성분의 양이 많아야 되기 때문에 실제적으로 세계 각지에서 이용되고 있는 식물은 7종류와 그 아종 들이다.

이중에서 한국에서 재배가 가능하고 염료추출이 가능한 4종류의 인디고 식물은 쪽(Polygonum tinctorium), 대청(Isatis tinctoria), 인디고페라(Indigofera tinctorium), 엘살바도로쪽(Indigofera guatemalensis)이다.

최근에, 지구 환경변화에 따라 화산분화와 대홍수 등이 발생하여 재배 생산지에서 인디고 식물의 생산이 줄어듬에 따라 급등하는 인디고 염료를 수입대체하고, 한국에서 재배가 가능한 4종류의 쪽, 대청, 인디고페라, 엘살바도로쪽 식물을 농가에서 재배하여 니람 및 인디고 염료를 만드는 기술들이 개발되고 있다.

상기 니람은 진흙상태인 최종단계의 침전람을 말하고, 인디고는 상기 니람을 건조하여 최종 분말화한 것을 말한다.

종래의 쪽, 대청, 인디고페라, 엘살바도르쪽의 추출은 재래식방법으로서, 항아리나 고무통을 이용하여 추출하여 왔는데 이 방법은 많은 양을 추출하지 못하고 노동력이 많이 소요되는 문제점이 있었다. 즉, 인디고 식물 추출을 위한 용기와 물의 소요량이 많은 것도 문제지만 추출하고 남은 인디고 식물을 건져내어 운반하는 것도 많은 노동력이 필요하고 추출액을 교반하는 작업과정 또한 매우 비효율적이다.

한편, 본 출원인에 의해 선 출원된 한국등록특허 제0643686호(2004. 9. 21. 출원)에 의하면, 천연염료 자동 추출설비 및 방법은 쪽 식물이 수용되고 다수의 통공이 형성된 타공바스켓과 상기 타공바스켓이 안착되고 용매가 담기는 추출조를 포함하여 상기 쪽 식물로부터 추출된 색소가 함유된 추출물을 만드는 추출장치; 상기 추출장치에서 생성된 추출물이 이동되어 담기는 반응조, 상기 반응조 내에서 회전되는 교반임펠러 및 상기 반응조에 공급하기 위한 첨가제를 수용하는 첨가제 탱크를 포함하여 상기 추출물을 염료로 만드는 반응장치; 상기 반응장치에서 침전된 염료가 이동되어 담기는 교반조, 상기 교반조 내에서 회전되는 교반임펠러 및 상기 교반조에 공급하기 위한 산성 또는 알칼리성 첨가제를 수용하는 첨가제 탱크를 포함하여 상기 염료를 발효된 염료로 만드는 교반장치; 상기 교반장치에서 발효된 염료의 불순물을 걸러 내기 위한 여과기를 포함하는 여과장치; 및 상기 여과장치를 통과한 염료의 수분을 제거하기 위한 탈수기를 포함하는 탈수장치를 포함하여 구성되는 것이다.

따라서, 쪽 식물로부터 천연 인디고 염료를 연속적으로 자동화하여 생산할 수 있도록 하는 추출설비를 제공하므로써, 인력을 절감하고 대량의 염료를 생산할 수 있는 것이다.

그러나, 상기 종래 기술은 쪽만을 추출 제조하는 방법으로 계절적으로도 7-8월에 수확되는 쪽에만 한정되어 있다. 따라서, 쪽 식물 외 대청, 인디고페라, 엘살바도로쪽을 추출 제조하기가 어렵고, 모든 공정에 생물반응기를 사용하기 때문에 설비비가 많이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 추출 산화된 색소 인디칸(인디고 전구물질)은 순수한 인디고를 얻기 위해서 물과 분리하여 침전을 시켜야한다. 물만을 제거하면 되지만 그냥 시간을 방치하면 좀처럼 침전이 일어나지 않고, 추출 산화된 인디칸(초록색소)이 부패되는 경우가 발생한다. 물과 인디칸을 분리시키는 효율적인 방법은 소석회를 사용하는 방법이 일반적이다.

또한, 추출 산화된 색소 인디칸(인디고 전구물질)은 순수한 인디고를 얻기 위해서 물과 분리하여 침전을 시켜야한다. 물만을 제거하면 되지만 그냥 시간을 방치하면 좀처럼 침전이 일어나지 않고, 추출 산화된 초록색소(인디칸)가 부패되는 경우가 발생한다.

또한, 인디고 천연염료를 채취하는 방법으로 소석회를 사용하였으며, 소석회를 이용하는 방법으로는 산화수조에 추출액과 소석회를 혼합하여 사용하는 석회유이다. 니람(인디고)을 만드는 과정에서는 산화전에 소석회를 추출색소와 섞어서 석회유를 투입하는 방법으로 침전을 촉진시켜 니람을 얻는다.

그러나, 석회유를 첨가시키면 최종적으로 얻어진 인디고 염료에 약간의 하얀색인 소석회가 포함되어 인디고의 함유량이 떨어진다. 염색 후에도 소석회를 완전 제거해야 염색견뢰도를 높일 수 있으며, 소석회가 함유된 인디고 염료는 일광견뢰도가 약하여 탈색이 많이 이루어지고 세탁견뢰도의 탈색을 방지하기 위하여 염색 후 몇 번에 걸친 수세가 이루어져 복잡하고 힘든 작업을 해야 하는 문제점이 있다. 또한, 소석회가 포함된 인디고 염료는 품질이 고르지 못하여 염료나 도료로 사용할 시 색상의 안정성 및 표준화를 이룰 수가 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 인디고 생산식물인 쪽, 대청, 인디고페라, 엘살바도로쪽을 자동으로 가공 제조하여 안정성 있는 품질을 제공할 뿐만 아니라, 설비 제작비용을 줄일 수 있고 노동력을 줄일 수 있는 천연염료 자동 제조설비를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 인디고 침전 시, 소석회가 함유된 석회유를 이용하지 않고 소석회상등액 제조시설에서 만들어진 소석회상등액을 이용하여 최종산물인 인디고염료에 소석회가 포함되지 않아 인디고 함량을 높일 수 있고 색상의 안정성 표준화를 이룰 수 있는 천연염료 자동 제조설비를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비는, 다량의 인디고 식물이 수집되어 있는 원료수집조가 수용되고 상온의 온수를 공급하여 상기 인디고 식물로부터 인디고 색소를 추출하게 되는 추출장치와; 물과 소석회를 각각 공급받아 이를 교반하여 고농도의 소석회상등액을 얻고 침전물은 외부로 배출시키는 소석회상등액 제조장치와; 상기 추출장치로부터 인디고 색소를 공급받고 상기 소석회상등액 제조장치로부터 소석회상등액을 공급받아 인디고 색소를 산화 침전시키는 산화침전장치와; 상기 산화침전장치에 침전된 니람을 공급받아 보관 저장하게 되는 니람수조와; 조건이 미리 설정되어 각 장치에서 원료의 이송을 다음 장치로 자동 이송하도록 제어하는 제어장치를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비는, 인디고 생산식물인 쪽, 대청, 인디고페라, 엘살바도로쪽을 자동으로 가공 제조하여 안정성 있는 품질을 제공할 뿐만 아니라, 설비 제작비용을 줄일 수 있고 노동력을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 인디고 침전 시, 소석회가 함유된 석회유를 이용하지 않고 소석회상등액 제조시설에서 만들어진 소석회상등액을 이용하여 최종산물인 인디고염료에 소석회가 포함되지 않아 인디고 함량을 높일 수 있고 색상의 안정성 표준화를 이루는 효과가 있다.

또한, 염색 후 몇 번에 걸친 수세를 통해 소석회를 제거해야 하는 번거로움을 예방하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비를 도시한 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비의 원료수집조를 도시한 확대도.
도 3은 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비의 추출장치를 도시한 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비의 소석회상등액 제조장치를 도시한 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비의 산화침전장치를 도시한 확대도.
도 6은 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비의 소석회상등액 저장조를 도시한 확대도.
도 7은 본 발명에 의해 제조된 소석회상등액과 종래의 소석회유를 사용한 인디고페라의 직물 염색상태를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 의해 제조된 소석회상등액과 종래의 소석회유를 사용한 쪽의 직물 염색상태를 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 의해 제조된 소석회상등액과 종래의 소석회유를 사용한 대청의 직물 염색상태를 도시한 도면.

또한, 상기 원료수집조는 상,하부에 각각 개폐 가능하도록 커버가 설치되고 외면에 물과 원료가 접촉되어 추출이 용이하도록 다수개의 통공이 형성되는 몸체와, 상기 몸체의 상부에 설치되는 운반고리로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 추출장치는 다수의 원료수집조가 수용되도록 상부가 개방된 수용공간이 형성되는 추출수조와, 상기 추출수조의 일측에 설치되어 인디고 식물의 추출 온도를 일정하게 유지하도록 스팀을 공급하는 스팀공급부와, 상기 추출수조의 일측에 설치되어 인디고 식물의 추출이 용이하게 이루어지도록 산소를 공급하는 산소공급부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소석회상등액 제조장치는 물과 소석회가 수용되는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 설치되며 모터의 구동에 의해 회전되는 교반임펠러와, 상기 챔버의 일측에 연결 설치되어 소석회를 상기 챔버에 이송하는 이송부와, 상기 챔버의 일측에 설치되어 챔버의 내부에 열을 공급하는 열공급부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 산화침전장치는 내부에 수용공간이 형성되는 침전수조와, 상기 침전수조의 일측에 설치되어 추출물의 온도를 일정하게 유지하도록 스팀을 공급하는 스팀공급부와, 상기 침전수조의 일측에 설치되어 추출물이 원활하게 산화하도록 산소를 공급하는 산소공급부와, 상기 침전수조의 내부에 설치되며 모터의 구동에 의해 회전되는 교반임펠러로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 추출장치, 소석회상등액 제조장치, 산화침전장치는 온수를 공급받기 위해 보일러에 연결되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비를 도시한 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비의 원료수집조를 도시한 확대도이며, 도 3은 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비의 추출장치를 도시한 확대도이고, 도 4는 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비의 소석회상등액 제조장치를 도시한 확대도이며, 도 5는 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비의 산화침전장치를 도시한 확대도이고, 도 6은 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비의 소석회상등액 저장조를 도시한 확대도이며, 도 7은 본 발명에 의해 제조된 소석회상등액과 종래의 소석회유를 사용한 인디고페라의 직물 염색상태를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 의해 제조된 소석회상등액과 종래의 소석회유를 사용한 쪽의 직물 염색상태를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명에 의해 제조된 소석회상등액과 종래의 소석회유를 사용한 대청의 직물 염색상태를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비는 추출장치(1), 소석회상등액 제조장치(2), 산화침전장치(3), 니람수조(4), 제어장치(5)를 포함하여 구성된다.

상기 추출장치(1)는 다량의 인디고 식물이 수집되어 있는 원료수집조(11)가 수용되고 상온의 온수를 공급하여 상기 인디고 식물로부터 인디고 색소를 추출하게 된다.

상기 원료수집조(11)는 상,하부에 각각 개폐 가능하도록 커버(111a)가 설치되고 외면에 물과 원료가 접촉되어 추출이 용이하도록 다수개의 통공(111b)이 형성되는 몸체(111)와, 상기 몸체(111)의 상부에 설치되는 운반고리(112)로 구성된다.

상기 원료수집조(11)의 크기는 1.5m×1.5m×1.5m(가로×세로×깊이)로 형성되되, 추출장치(1)의 추출수조(12) 크기에 따라 크기가 달라질 수 있다.

한편, 인디고 식물이 많지 않은 경우에는 원료수집조(11)의 사용없이 원료를 그대로 추출수조(12)에 넣어 추출할 수도 있다. 원료수집조(11)는 운반고리(112)를 형성하여 운반이 용이하도록 하였고, 원료 재배지에서 상부에 위치한 커버를 통해 원료를 용이하게 수집할 수 있도록 하였다.

추출이 끝난 인디고 식물은 다시 운반고리(112)를 이용하여 원료폐기장으로 이동되어 하부에 위치한 커버를 이용하여 폐기를 용이하게 할 수 있다. 원료폐기장에 쌓인 폐기물은 그대로 썩혀져 다음해 재배지에서 비료로 사용된다. 이에 따라 기존 수집방법에 비해 원료수집조(11)를 이용함으로써, 추출수조(12)에 넣고 빼는 시간과 노동력을 크게 줄일 수 있다.

상기 추출장치(1)는 다수의 원료수집조(11)가 수용되도록 상부가 개방된 수용공간(121)이 형성되는 추출수조(12)와, 상기 추출수조(12)의 일측에 설치되어 인디고 식물의 추출 온도를 일정하게 유지하도록 스팀을 공급하는 스팀공급부(13)와, 상기 추출수조(12)의 일측에 설치되어 인디고 식물의 추출이 용이하게 이루어지도록 산소를 공급하는 산소공급부(14)로 구성된다.

수집된 원료는 원료수집조(11)에 의해 이동되어 지상 0.5m, 지하 1.5m에 매설된 추출수조(12)에 들어가게 된다. 추출수조(12)의 크기는 5m×5m×2m(가로×세로×깊이)의 콘크리트구조물로 형성되며, 상기 콘크리트구조물의 기초부분과 벽면은 철근콘크리트 등을 사용한다.

원료가 많아 추출수조(12)가 더 필요한 경우에는 여러 개의 추출수조(12)를 만들어 효율성을 높일 수가 있다. 추출수조(12) 내부에는 스팀공급부(13)의 스팀공급센서(131)와 밸브(132)를 설치하고 히팅파이프(133)를 이용하여 추출수조(12) 내의 추출물 온도를 25-80℃로 설정되도록 하였으며, 추출 시에는 추출 온도유지를 위하여 30-35℃을 유지하도록 설정하는 것이 바람직하다.

추출이 끝난 다음에는 추출수조(12) 내부 열소독을 위하여 80℃에서 3시간정도 처리하며, 추출이 용이하게 이루어지도록 산소공급부(14)의 산소공급파이프(141)를 통해 산소를 공급할 수 있다.

한편, 원료수집조(11)의 움직임이나 떠오름 방지를 위하여 상기 추출수조(12)의 상부에 고정봉(122)을 좌우로 설치하여 움직임을 방지할 수 있도록 하였다. 고정이 완료되면 물주입부(123)를 통해 인디고 식물이 충분히 침수되도록 하고 원료수집조(11)의 높이보다도 10cm정도 더 높이 물을 채워 넣는다.

인디고 색소가 추출되는 시간은 여러가지 원인에 의해 변화하며, 인디고 식물이 만들어진 정도, 그 해의 기후, 물의 온도, 물의 성질, 이온 함유량, 해발 고도에 따라서도 변한다. 실제로 여러 번을 추출해도 같은 정도의 추출은 매우 어렵기 때문에 경험에서 기후 등의 차이에 따라 미묘한 시간을 조정해야 한다.

각각의 시간대에 추출된 인디고 색소는 배출구(124)를 통해 배출되도록 하였으며, 배출펌프(125)와 이송라인(126)을 통하여 산화침전장치(3)의 침전수조(31)로 이송된다.

상기 소석회상등액 제조장치(2)는 물과 소석회를 각각 공급받아 이를 교반하여 고농도의 소석회상등액을 얻고 침전물은 외부로 배출시킨다.

상기 소석회상등액 제조장치(2)는 물과 소석회가 수용되는 챔버(21)와, 상기 챔버(21)의 내부에 설치되며 모터(22)의 구동에 의해 회전되는 교반임펠러(23)와, 상기 챔버(21)의 일측에 연결 설치되어 소석회를 상기 챔버(21)에 이송하는 이송부(24)와, 상기 챔버(21)의 일측에 설치되어 챔버(21)의 내부에 열을 공급하는 열공급부(25)로 구성된다.

상기 챔버(21)의 크기는 5톤 정도이고, 모터(22)에 의해 회전속도 200~500rpm으로 교반임펠러(23)를 회전시켜 교반할 수 있도록 하였으며, 상기 챔버(21)의 일측에는 온도를 30~100℃조절할 수 있도록 열공급부(25)의 온도조절기(251)와 공급관(252)이 설치된다. 그 밖에 원활한 반응을 위해 압축산소를 공급하고 이를 측정하고 공급량을 조절할 수 있도록 DO센서(253)가 설치된다.

상기 이송부(24)는 소석회 저장조(27)에 저장되어 있는 분말 형태의 소석회를 이송하기 위한 이송펌프(241)와 이송관(242)으로 구성되며, pH 11을 유지할 수 있도록 하기 위하여 pH센서(26)의 요구에 따라 자동적으로 이송된다.

소석회상등액 제조는 물공급관(211)을 통해 물을 공급하여 반응온도 30-40℃로 유지하면서 회전속도 250rpm으로 2-3시간 교반된다. 소석회 침전은 2시간정도 후에 완전 침전되며 침전물은 소석회 배출구(212)를 통해 용적식펌프(213)와 배출관(214)을 통해 폐기처리 된다.

물의 양과 소석회 양은 레벨센서, 온도는 TIC센서, 농도는 pH계를 부착하여 자동으로 조절될 수 있으며, 보통 5톤에 50~60kg의 소석회가 주입되도록 설정하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 소석회상등액 최적조건으로 안정적인 고농도의 pH 11의 소석회상등액을 얻을 수 있다.

상기 pH 11의 소석회상등액은 레벨센서를 통해 상등액 이송펌프(28)와 상등액 이송관(29)을 통해 산화침전장치(3)의 침전수조(31)로 이송된다.

사용된 소석회는 조개껍질이나 굴껍질을 1000℃에서 24시간이상 구운 다음 불기운이 남아있는 상태로 공기가 통하지 않도록 하여 자연 산화되도록 한 후, 기류식 분쇄기를 통해 300~500mesh의 소석회를 사용하였다.

상기 산화침전장치(3)는 상기 추출장치(1)로부터 인디고 색소를 공급받고 상기 소석회상등액 제조장치(2)로부터 소석회상등액을 공급받아 인디고 색소를 산화 침전시킨다.

상기 산화침전장치(3)는 내부에 수용공간(311)이 형성되는 침전수조(31)와, 상기 침전수조(31)의 일측에 설치되어 추출물의 온도를 일정하게 유지하도록 스팀을 공급하는 스팀공급부(32)와, 상기 침전수조(31)의 일측에 설치되어 추출물이 원활하게 산화하도록 산소를 공급하는 산소공급부(33)와, 상기 침전수조(31)의 내부에 설치되며 모터(34)의 구동에 의해 회전되는 교반임펠러(35)로 구성된다.

상기 추출수조(12)에서 만들어진 추출액은 침전수조(31)의 주입구(312)를 통해 공급되며, 인디고의 전구체인 수용성의 인디칸(indican)이 녹아있는 상태이기 때문에 산화에 의한 분리작업을 하게 된다.

상기 침전수조(31)는 지상 0.5m, 지하 1.5m에 매설된 5m×5m×2m(가로×세로×깊이) 크기의 콘크리트구조물로 형성되며, 기초부분과 벽면은 철근콘크리트 등을 사용하고 수조가 완성된 후에는 소석회로 표면을 도장한다. 그 이유는 산화된 니람의 침전을 촉진시키기 위함이다.

상기 침전수조(31)의 내부에는 스팀공급부(32)의 스팀공급센서(321)와 밸브(322)를 설치하고 히팅파이프(323)를 이용하여 수조 내 추출물 온도를 25-80℃을 설정되도록 하며, 추출 시에는 추출 온도유지를 위하여 30-35℃을 유지하도록 스팀공급센서(321)로 설정한다.

상기 침전수조(31)에는 추출물의 원활한 산화반응을 위해 압축산소를 공급하고 공급량을 조절할 수 있도록 압축공기조절기(313)가 설치된다.

상기 침전수조(31) 내의 추출액 산화를 촉진시키기 위해 교반을 하는 것이 바람직하며, 상기 모터(34)와 교반임펠러(35)를 이용하여 초기에는 20분간 100rpm으로 교반하고, 동시에 산소도 공급하여 산화에 도움을 준다.

교반을 함에 따라 추출액의 색은 청록색에서 서서히 녹색 그리고 연보라색(검은색을 띤 푸른색)으로 변화하게 되며, 하얀 거품이 일어나기 시작하고 그 다음으로 그 양이 많아짐에 따라 청색으로 변화가 시작된다.

1시간 간격으로 10-20분씩 12회 간격으로 교반하는 것이 바람직하며, 교반을 계속하면 추출액의 색이 연보라색(검은색을 띤 푸른색)에서 검은색으로 변화하게 되고 교반하면서 생긴 거품은 서서히 없어져 나중에는 모두 없어지게 된다.

한편, 상기 소석회상등액 제조장치(2)의 챔버(21)에 저장된 소석회상등액은 상등액 이송관(29)을 통해 침전수조(31)에 공급되어 이를 교반시켜 인디고가 소석회상등액에 접착되도록 1시간마다 10분 간격으로 100-150rpm으로 12회 교반과 동시에 산소를 공급하여 접착되도록 유도시킨다. 그 다음으로 12시간 정도 그대로 방치하면 소석회상등액은 인디고와 함께 침전되며 물과 완전 분리가 된다.

상기 침전수조(31)의 일측에는 소석회상등액을 배수시키기 위하여 높이가 다른 배수구(314)가 단계적으로 다수개 형성되며, 아래 부분에 침전된 니람은 그대로 두고 상부의 배수구(314)부터 서서히 상등액을 배수시킨다. 다음으로 아래 부분에 침전되어 있는 니람을 용적식펌프(36)를 이용하여 니람수조(4)로 이송시킨다. 여기 모여진 것은 진흙상태로서 니람이라고 한다.

여기에서 소석회상등액을 처리한 최종산물인 니람은 소석회가 포함되지 않아 인디고 함량을 높일 수 있고 색상의 안정성 및 표준화를 이룰 수 있다. 염색 후 소석회를 제거해야 하는 수세작업을 반복하지 않아도 견뢰도를 높일 수 있다.

상기 니람수조(4)는 상기 산화침전장치(3)에 침전된 니람을 공급받아 보관 저장하게 되며, 상기 니람수조(4)의 일측에는 니람이 유입되도록 유입구(41)가 형성되어 있다. 상기 니람수조(4)는 콘크리트구조물이나 스테인레스 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 니람수조(4)의 하부 일측에는 배출구(42)가 형성되고 상기 배출구(42)를 통해 배출된 니람을 탈수 및 건조장으로 이송하도록 용적식펌프(43) 및 이송관(44)이 설치된다. 건조된 니람은 '인디고' 라고 부르며. 시중에서 시판되는 분쇄기를 이용하여 분쇄한다.

상기 제어장치(5)는 조건이 미리 설정되어 각 장치에서 원료의 이송을 다음 장치로 자동 이송하도록 제어하는 역할을 하며, 각 장치에서 인디고 식물 원료, 인디고 색소, 소석회상등액, 니람은 작업자의 개입이 없어도 자동으로 다음 장치로 이송되도록 제어되며, 각종 장치의 작업량, 작업순서, 조건 등은 각각의 제어장치(5)에 미리 입력되어 자동으로 실행된다.

한편, 상기 추출장치(1), 소석회상등액 제조장치(2), 산화침전장치(3)는 온수를 공급받기 위해 보일러(6)에 연결되고, 에어컴프레서(8), 압축산소탱크(9)를 이용하여 각 장치에 압축산소를 공급하게 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비에서는 상기 소석회상등액 제조장치(2)에서 제조된 많은 양의 소석회상등액을 일시 저장하도록 다수개의 소석회상등액 저장조(7)가 더 설치될 수도 있다. 즉, 상기 소석회상등액 제조장치(2)에서 제조된 소석회상등액을 곧바로 산화침전장치(3)의 침전수조(31)로 이송하지만, 소석회상등액의 작업량 등에 따라 다수개의 저장조를 이용하여 저장해두는 것이 바람직하다.

상기 소석회상등액 저장조(7)의 상부 일측에는 주입구(71)가 형성되고 하부에는 배출구(72)가 형성되며, 저장된 소석회상등액은 이송펌프(73)와 이송관(74)을 통해 산화침전장치(3)로 이송된다.

이하, 본 발명에 따른 천연염료 자동 제조설비에서 제조된 소석회상등액과 종래의 소석회유의 사용에 따른 인디고 식물의 염색성을 비교 실험하였다.

소석회상등액과 소석회유의 사용에 따른 인디고페라 염료의 면원단의 염색성(대조구 : 94.70 a +0.90 b +1.04)

분류	인디고페라	하이드로	소석회	물 양	L	a	b	△E
소석회 상등액	5g	10g	1g	200ml	20.19	4.64	-7.07	75.05
			2.5g	200ml	19.94	4.47	-7.39	75.30
			5g	200ml	19.77	4.63	-6.81	75.45
			7.5g	200ml	19.92	4.60	-7.03	75.29
			10g	200ml	19.81	4.66	-7.11	75.43
소석회유	5g	10g	1g	200ml	21.09	4.10	-7.59	74.13
			2.5g	200ml	22.42	4.78	-11.97	73.54
			5g	200ml	27.06	2.69	-13.69	69.23
			7.5g	200ml	26.12	3.57	-14.37	70.32
			10g	200ml	29.91	2.19	-15.01	66.76

인디고 식물 중 인디고페라 염료에 소석회상등액 사용 및 소석회유가 면원단의 염색성에 미치는 영향을 조사한 결과, 색차값은 소석회상등액을 첨가한 것은 75.05-75.45였으며, 소석회유를 혼합한 것은 66.76-74.13이었다.(표 1)

즉, 소석회상등액을 혼합하여 염색한 것은 상등액의 첨가량을 달리해도 색차값에 큰 차이가 없었으나 소석회유를 혼합한 것은 1g을 첨가한 색차값이 74.13으로 가장 높은데 비해 10g을 첨가한 것은 66.76으로 가장 낮아 소석회유의 첨가량이 많을수록 색차값이 작아지는 경향을 보였다.

이는 소석회의 분말이 염액과 혼합되어 결과적으로 염액의 농도를 옅게한 결과에 의한 것으로 사료된다. 따라서 인디고 염료의 환원을 위해 pH를 조정하기 위해 소석회를 사용할 때는 소석회상등액을 사용하는 것이 바람직하다.

도 7에 도시된 바와 같이, 인디고페라 염료는 소석회상등액이 소석회유를 사용한 경우보다 염색이 더 잘되고 소석회 양에 관계없이 대체적으로 소석회상등액으로 염색한 경우가 효과가 더 좋은 것으로 나타났다.

소석회상등액과 소석회유의 사용에 따른 한국 쪽 염료의 면원단의 염색성(대조구 : 94.70 a +0.90 b +1.04)

분류	인디고페라	하이드로	소석회	물 양	L	a	b	△E
소석회 상등액	5g	10g	1g	200ml	34.49	1.48	-17.53	63.03
			2.5g	200ml	35.81	1.70	-19.16	62.25
			5g	200ml	42.44	-0.74	-15.87	54.96
			7.5g	200ml	39.15	1.21	-19.12	59.10
			10g	200ml	44.49	-0.79	-15.06	52.76
소석회유	5g	10g	1g	200ml	40.81	0.40	-19.13	57.53
			2.5g	200ml	47.37	0.10	-18.98	51.38
			5g	200ml	50.71	-0.40	-18.21	48.04
			7.5g	200ml	50.10	-0.46	-19.36	49.08
			10g	200ml	51.26	-0.27	-19.66	48.05

한국 쪽 염료에 소석회상등액 사용 및 소석회유가 면원단의 염색성에 미치는 영향을 조사한 결과, 색차값은 소석회상등액을 첨가한 것은 52.76-63.03이였으며, 소석회유를 혼합한 것은 48.05-57.53이었다.(표 2)

즉, 소석회유를 혼합하여 염액을 만든 후 염색한 것보다 소석회상등액을 혼합하여 염색한 것에서 색차값이 크게 나타나 진하게 염색되었으며, 상등액을 첨가한 것과 소석회유를 혼합한 것 모두 첨가량이 많을수록 색차값이 적어 옅게 염색이 되었다.

특히 소석회유를 혼합하여 염액을 만든 것은 소석회를 1g을 첨가할 시에는 색차값이 57.53으로 가장 높은데 비해 10g을 첨가한 것은 48.05로 가장 낮아 소석회유의 첨가량이 많을수록 색차값이 작아지는 경향을 보였다. 이는 소석회의 분말이 염액과 혼합되어 결과적으로 염액의 농도를 옅게 한 결과에 의한 것으로 사료된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 쪽 염료는 소석회상등액이 소석회유를 사용한 경우보다 염색이 더 잘되고 소석회가 적게 들어간 소석회상등액이 염색이 더 잘되는 것으로 나타났다. 이는 쪽이 인디고페라에 비해 석회성분을 많이 내포하고 있기 때문이라고 볼 수 있다.

소석회상등액과 소석회유의 사용에 따른 대청 인디고 염료의 면원단의 염색성(대조구 : 94.70 a +0.90 b +1.04)

분류	인디고페라	하이드로	소석회	물 양	L	a	b	△E
소석회 상등액	5g	10g	1g	200ml	40.02	-0.47	-18.27	57.95
			2.5g	200ml	39.28	-0.20	-18.22	58.69
			5g	200ml	45.55	-1.65	-16.65	52.25
			7.5g	200ml	43.66	-1.57	-17.04	54.23
			10g	200ml	45.47	-1.76	-15.85	52.11
소석회유	5g	10g	1g	200ml	42.60	-1.74	-16.46	55.04
			2.5g	200ml	49.14	-2.24	-14.68	48.28
			5g	200ml	49.54	-1.72	-15.39	48.14
			7.5g	200ml	49.86	-1.44	-15.93	47.99
			10g	200ml	52.92	-2.15	-15.57	45.07

대청에서 추출한 인디고 염료에 소석회상등액 사용 및 소석회유가 면원단의 염색성에 미치는 영향을 조사한 결과, 색차값은 소석회상등액을 첨가한 것은 57.95-52.11이였으며, 소석회유를 혼합한 것은 55.04-45.07이었다.(표 3)

즉, 소석회상등액을 혼합하여 염색한 것은 상등액의 첨가량이 많아져도 색차값의 차이는 완만하게 적어지는 경향을 나타낸 반면에, 소석회유를 첨가한 것은 소석회유의 첨가량이 많아질수록 색차값의 차이는 커져 소석회 1g을 첨가할 시에는 색차값이 55.04로 가장 높은데 비해 5g을 첨가할 시에는 48.14, 10g을 첨가한 것은 45.07로 가장 낮아 소석회유의 첨가량이 많을수록 색차값이 작아지는 경향을 보였다. 이는 소석회의 분말이 염액과 혼합되어 결과적으로 염액의 농도를 옅게 한 결과에 의한 것으로 사료되는 만큼 염액의 환원에 필요한 적정 pH 조정을 위한 최소한의 소석회를 첨가하는 것이 바람직하다.

도 9에 도시된 바와 같이, 대청 염료는 소석회상등액이 소석회유를 사용한 경우보다 염색이 더 잘되고 소석회가 적게 들어간 소석회상등액이 염색이 더 잘되는 것으로 나타났다. 이는 쪽이 인디고페라에 비해 석회성분을 많이 내포하고 있기 때문이라고 볼 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

1 : 추출장치
11 : 원료수집조
111 : 몸체, 111a : 커버, 111b : 통공, 112 : 운반고리
12 : 추출수조
121 : 수용공간, 122 : 고정봉, 123 : 물주입부, 124 : 배출구, 125 : 배출펌프, 126 : 이송라인
13 : 스팀공급부
131 : 스팀공급센서, 132 : 밸브, 133 : 히팅파이프
14 : 산소공급부
141 : 산소공급파이프
2 : 소석회상등액 제조장치
21 : 챔버
211 : 물공급관, 212 : 소석회 배출구, 213 : 용적식펌프, 214 : 배출관
22 : 모터
23 : 교반임펠러
24 : 이송부
241 : 이송펌프, 242 : 이송관
25 : 열공급부
251 : 온도조절기, 252 : 공급관, 253 : DO센서
26 : pH센서
27 : 소석회 저장조
28 : 상등액 이송펌프
29 : 상등액 이송관
3 : 산화침전장치
31 : 침전수조
311 : 수용공간, 312 : 주입구, 313 : 압축공기조절기, 314 : 배수구
32 : 스팀공급부
321 : 스팀공급센서, 322 : 밸브, 323 : 히팅파이프
33 : 산소공급부
34 : 모터
35 : 교반임펠러
36 : 용적식펌프
4 : 니람수조
41 : 유입구
42 : 배출구
43 : 용적식펌프
44 : 이송관
5 : 제어장치
6 : 보일러
7 : 소석회상등액 저장조
71 : 주입구
72 : 배출구
73 : 이송펌프
74 : 이송관
8 : 에어컴프레서
9 : 압축산소탱크

Claims

다량의 인디고 식물이 수집되어 있는 원료수집조(11)가 수용되고 상온의 온수를 공급하여 상기 인디고 식물로부터 인디고 색소를 추출하게 되는 추출장치(1)와;
물과 소석회를 각각 공급받아 이를 교반하여 고농도의 소석회상등액을 얻고 침전물은 외부로 배출시키는 소석회상등액 제조장치(2)와;
상기 추출장치(1)로부터 인디고 색소를 공급받고 상기 소석회상등액 제조장치(2)로부터 소석회상등액을 공급받아 인디고 색소를 산화 침전시키는 산화침전장치(3)와;
상기 산화침전장치(3)에 침전된 니람을 공급받아 보관 저장하게 되는 니람수조(4)와;
조건이 미리 설정되어 각 장치에서 원료의 이송을 다음 장치로 자동 이송하도록 제어하는 제어장치(5)를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연염료 자동 제조설비.
제1항에 있어서, 상기 원료수집조(11)는 상,하부에 각각 개폐 가능하도록 커버(111a)가 설치되고 외면에 물과 원료가 접촉되어 추출이 용이하도록 다수개의 통공(111b)이 형성되는 몸체(111)와, 상기 몸체(111)의 상부에 설치되는 운반고리(112)로 구성되는 것을 특징으로 하는 천연염료 자동 제조설비.
제1항에 있어서, 상기 추출장치(1)는 다수의 원료수집조(11)가 수용되도록 상부가 개방된 수용공간(121)이 형성되는 추출수조(12)와, 상기 추출수조(12)의 일측에 설치되어 인디고 식물의 추출 온도를 일정하게 유지하도록 스팀을 공급하는 스팀공급부(13)와, 상기 추출수조(12)의 일측에 설치되어 인디고 식물의 추출이 용이하게 이루어지도록 산소를 공급하는 산소공급부(14)로 구성되는 것을 특징으로 하는 천연염료 자동 제조설비.
제1항에 있어서, 상기 소석회상등액 제조장치(2)는 물과 소석회가 수용되는 챔버(21)와, 상기 챔버(21)의 내부에 설치되며 모터(22)의 구동에 의해 회전되는 교반임펠러(23)와, 상기 챔버(21)의 일측에 연결 설치되어 소석회를 상기 챔버(21)에 이송하는 이송부(24)와, 상기 챔버(21)의 일측에 설치되어 챔버(21)의 내부에 열을 공급하는 열공급부(25)로 구성되는 것을 특징으로 하는 천연염료 자동 제조설비.
제1항에 있어서, 상기 산화침전장치(3)는 내부에 수용공간(311)이 형성되는 침전수조(31)와, 상기 침전수조(31)의 일측에 설치되어 추출물의 온도를 일정하게 유지하도록 스팀을 공급하는 스팀공급부(32)와, 상기 침전수조(31)의 일측에 설치되어 추출물이 원활하게 산화하도록 산소를 공급하는 산소공급부(33)와, 상기 침전수조(31)의 내부에 설치되며 모터(34)의 구동에 의해 회전되는 교반임펠러(35)로 구성되는 것을 특징으로 하는 천연염료 자동 제조설비.
제1항에 있어서, 상기 추출장치(1), 소석회상등액 제조장치(2), 산화침전장치(3)는 온수를 공급받기 위해 보일러(6)에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연염료 자동 제조설비.