KR101574465B1 - 톳 천연염색 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 톳 건조물을 증기를 이용하여 자숙(煮熟)하는 단계; 자숙을 통해 톳 건조물로부터 액상 추출물을 얻는 단계; 상기 액상 추출물을 건조시켜 톳 분말 염료를 얻는 단계; 및 상기 톳 분말염료에 물을 혼합하여 염액을 준비하고, 상기 염액으로 직물을 염색하는 단계를 포함하는 톳 천연염색 방법을 제공한다.

Description

톳 천연염색 방법 {Natural dyeing with Hizikia Fusiforme}

본 발명은 톳 천연염색 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 자숙 처리로 얻어진 톳 추출물을 농도와 염색 조건을 변화시켜 다양한 색상을 구현할 수 있는 염색 방법을 제안한다.

천연염색은 자연에서 얻어지는 식물성, 동물성, 광물성 염료를 사용하여 섬유 등에 물들이는 전통 염색이다. 전통적인 염료로 주로 사용되어 온 식물 염료로는 식물의 잎과 꽃, 열매, 껍질, 뿌리 등이 이용되었다. 천연염색은 유럽에서 화학염료가 합성되어 이용되기 전까지 보편적인 염색 기술로 이용되었으나, 화려하고 다양한 색을 손쉽게 낼 수 있는 화학염료 발달로 인하여 천연염색이 밀려나게 되었고 오늘날에는 일부 장인이나 공예가에 의해서만 전승되고 있는 실정이다.

천연염색은 색소 추출과 염색에 많은 시간이 요구되고 염색 과정이 복잡할 뿐만 아니라 동일한 염료라도 산지나 채취 시기, 보관 상태 또는 추출 방법에 따라 염색 결과가 다르게 나타나는 단점이 있다. 또한 재료 구입의 한계가 있고 대량 생산이 어려우며 제조 비용이 많이 소요되어 천연염색 의류는 소비자에게 외면당해온 것이 사실이다.

그럼에도 천연염색은 자연에서 얻어진 원료로 인하여 자연스럽고 우아한 발색이 가능하고 변색 또는 퇴색된 경우에도 색감이 안정적이며 은은하여 자연미를 담은 의류 제조에 매우 적합하다. 특히 인체에 무해할 뿐만 아니라 항균성이 있고 해충으로부터 신체를 보호할 수 있는 등 건강 측면에서 우수한 기능이 있다. 또한 제조 과정에서 환경을 파괴하지 않으며, 상대적으로 활용도가 떨어지는 자연 재료를 활용함으로써 원료 공급의 한계를 극복할 수 있는 여지가 있고 고용 창출에도 긍정적이어서 산업적인 가치가 상당히 크다고 할 수 있다.

환경과 건강을 생각하는 천연염색의 산업화를 위해서는 원료의 공급이 용이해야 하고 염색 과정을 단순화시켜 전체적인 제조 단가를 낮추는 것이 매우 중요하다. 또한 일광 견뢰도나 세탁 견뢰도를 높여 발색 후 색상의 내구성을 높이는 한편, 항균성이나 질병 예방 등의 부가적인 기능이 요구된다.

전통적으로 감, 쪽, 오배자, 쑥, 양파, 치자 등의 식물 재료나 황토 등의 광물질, 숯이나 먹물 등이 천연염색의 재료로 주로 사용되어 왔으며, 질병의 치유나 예방을 위해 각종 한약재를 염색 원료로 사용하는 경우도 증가하고 있다. 한편, 지상의 식물 자원 이외에도 바다 인근에 널리 서식하는 해조류를 이용하여 기능성 염색 의류를 제조하고 천연염색의 산업화를 도모할 필요성이 대두되고 있다.

우리나라 남서해안과 제주도에 자생하는 해조류 중 톳은 갈조류에 속하는 해초류로 칼슘, 요오드, 철분 등의 무기염류가 다량 함유되어 있어 혈관 경화를 막아주고 뼈를 튼튼히 하며 독소를 체외로 배출하는 해독 기능이 우수하다. 또한 칼로리가 낮고 식이섬유가 많아 다이어트에도 탁월한 효과가 있다. 바다의 불로초라고도 불리우는 톳은 오래전부터 건강 식품으로 애용되고 있으며, 최근에는 톳을 이용한 각종 가공 식품의 개발과 함께 톳 양식도 추진되고 있다.

그 동안 해조류의 활용에 있어서 기존의 식용 이외에 홍조류나 갈조류로부터 천연색소를 추출하여 식품, 의약품, 화장품 등의 용도로 사용하려는 기술이 알려진 바 있으며(특허출원 2010-18982), 해조류에 알콜을 염색용매로 사용하여 색상 및 생리활성 기능이 투입된 섬유 염색 기술이 제안된 바 있다(특허출원 2012-66502).

그러나, 종래 기술들은 천연염색에서 문제가 되어 온 원료 수급 문제, 염색 과정에서 발생되는 비용 증가 부분 등을 해결하지 못하여 천연염색의 산업화를 앞당기는데 한계가 있으며, 일반 소비자에게 보다 현실적인 가격 경쟁력을 가지면서도 다양한 색상이 발현될 수 있는 염색 기술을 제시하지 못하는 단점이 있었다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 해조류, 특히 톳으로부터 얻어진 염료로 여러가지 색상 발현이 가능한 염색 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 염료의 원료 수급이 원활하고 비용이 과도하지 않으면서 대량 생산이 가능한 새로운 톳 천연염색 방법을 제공하는 것이다.

기타, 본 발명의 또 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 상세한 설명에서 보다 구체적으로 제시될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 톳 건조물을 증기를 이용하여 자숙(煮熟)하는 단계; 자숙을 통해 톳 건조물로부터 액상 추출물을 얻는 단계; 상기 액상 추출물을 건조시켜 톳 분말 염료를 얻는 단계; 및 상기 톳 분말염료에 물을 혼합하여 염액을 준비하고, 상기 염액으로 직물을 염색하는 단계를 포함하는 톳 천연염색 방법을 제공한다.

상기 톳 분말염료의 농도는 20% owf ~ 800% owf 의 범위로 염색을 수행하며, 상기 직물과 염액의 무게 비는 1:50 ~ 1:300의 범위로 염색을 수행할 수 있다. 상기 직물의 염색 시 염색 온도는 60℃ ~ 80℃, 염색 시간은 30분 ~ 60분인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 직물의 염색 시 톳 분말염료의 농도를 20% owf ~ 80% owf의 저농도 범위와 100% owf ~ 800% owf의 고농도 범위로 구분하고, 저농도와 고농도의 분말염료를 이용하여 선택적으로 또는 순차적으로 직물에 염색하여 두 가지 이상의 색상을 발현시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 톳 추출물로 염료를 제조하고 섬유소재를 염색하여 항균성이 뛰어난 기능성 천연염색 의류를 제공할 수 있다. 또한, 톳으로부터 추출한 염료를 이용하여 서로 다른 색채를 발현시킬 수 있어 미려한 의류 제작에 효과적이다. 뿐만 아니라, 톳 가공 산업과 연계하여 원료 구입 및 염료 추출에 따르는 공정을 줄일 수 있고 톳 천연염색에 소요되는 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있기 때문에 천연염색의 산업화 및 대중화에 크게 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 톳 천연염색 방법의 공정도
도 2는 저농도 염료의 염색조건에 따른 염착량을 보인 그래프
도 3은 고농도 염료의 염색조건에 따른 염착량을 보인 그래프
도 4a 및 4b는 본 발명에 따라 염색된 직물의 색상을 보인 사진
도 5는 항균성 테스트 결과

본 발명은 톳으로부터 얻어진 추출물로 분말 염료를 제조하고 이 염료를 이용하여 섬유소재를 염색하는 방법으로서, 톳 추출 분말염료의 농도를 달리하여 서로 다른 2종 색채 이상을 발현할 수 있고 항균성이 뛰어난 톳 천연염색 방법을 제안한다.

도 1은 본 발명에 따른 톳 천연염색 방법의 공정도이다. 본 발명에서는 천연염색을 위한 원료로서 바다에 서식하는 톳을 채취한 후 건조시킨 톳 건조물을 증기를 이용하여 자숙하는 과정(단계 S110)을 포함하며, 자숙 단계를 통해 톳 건조물로부터 액상 추출물을 얻는다(단계 S120).

톳을 이용한 음식을 만들 때 일반적으로 끓는물에 데치며 이 과정에서 갈색의 톳이 청색으로 변하게 된다. 한편 일반 소비자에게 유통되는 톳 가공품의 경우 톳을 증기로 쪄서 전처리하고 급속 건조시켜 장기 보관성을 향상시키거나 페이스트화시켜 다양한 식품으로 제조한다.

본 발명은 천연염색에서 염료 추출 시 일반적으로 이용되는 열수추출이 아닌 증기를 사용하는 자숙 공정을 이용함으로써 기존의 식품용 톳 가공 공정과 연계하여 염료를 추출할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 원료 수급에 별도의 노력이 요구되지 않으며, 가공을 위해 채취된 톳의 자숙 과정에서 버려질 수 있는 액상 추출물을 염료로 사용함으로써 폐자원의 재활용 측면에서도 유용하다. 또한 염료 추출을 위해 부가적인 시설이나 비용을 들이지 않고 톳 가공 과정에서 액상 추출물을 얻음으로써 원료비 및 염료 추출 비용을 현저하게 낮출 수 있다는 장점이 있다.

자숙을 통해 톳 건조물로부터 얻어진 액상 추출물은 건조 과정을 거쳐 톳 분말 염료를 얻게 된다(단계 S130). 이후 톳 분말염료에 용매로서 물을 혼합하여 염액을 준비하고(단계 S140), 상기 염액으로 직물을 염색하여(단계 S150) 톳 천연염색이 완성된다. 염색 단계는 일반적인 침염을 통해 실시하므로 과도한 비용이나 시간이 필요하지 않으며 대량 생산에도 유리하다.

본 발명에 있어서, 톳 분말염료의 농도는 20% owf ~ 800% owf 의 범위로 염색을 수행할 수 있고, 직물과 염액의 무게 비는 1:50 ~ 1:300의 범위로 염색을 수행할 수 있다.

직물의 염색 시 염색 조건에 따라 염착량이 달라질 수 있기 때문에 염색 대상 직물이나 섬유소재의 특성에 따라 염색 시간과 온도를 적절하게 조절할 필요가 있으며, 본 발명에서 염색 온도는 60℃ ~ 80℃, 염색 시간은 30분 ~ 60분이 바람직하다.

특히 본 발명에 따른 톳 천연염색은 톳 자체의 색상으로부터 변화되어 적어도 두 가지 이상의 다양한 색상을 발현시키는 것이 가능하며, 이를 위하여 상기 직물의 염색 시 톳 분말염료의 농도를 20% owf ~ 80% owf의 저농도 범위와 100% owf ~ 800% owf의 고농도 범위로 구분하고, 저농도와 고농도의 분말염료를 이용하여 선택적으로 또는 순차적으로 직물에 염색할 수 있다.

실시예

제주산 톳을 채취하고 톳을 건조한 후 세척하여 130℃의 증기에서 2시간 동안 자숙하였다. 자숙 과정에서 톳 건조물로부터 액상 추출물을 얻었다. 액상 추출물은 동결 건조 과정을 통해 분말화시켰다.

톳 분말염료에 물을 혼합하여 염액을 준비하고, 직물 원단으로서 면직물을 염액에 담가 염색을 실시하였다.직물 원단과 전체 염액(염료+물)의 비를 1: 200으로 하고, 톳 분말염료와 직물 원단의 무게 비를 0.2:1에서 8:1(800%, owf)까지 여러 농도로 달리하여 적외선 자동염색기를 이용하여 침염 염색하였다. 각각의 농도에 대하여 3가지 온도 조건(60℃, 70℃, 80℃)과 4가지 염색 시간(30분, 40분, 50분 60분)을 조합하여 총 12가지 서로 다른 조건을 염색 과정에 적용하였다.

톳 천연염색의 최적 조건을 확인하기 위하여 각 염색 조건 별로 염착량 (K/S) 값을 측정하였다. 염착량 K/S 값은 동일한 측색기를 이용하여 최대흡수파장(λmax)인 360λ에서 표면반사율(R)을 측정하여 Kubelka-Munk식에 의하여 산출하였다.

K/S=(1-R)²/2R

(K:coefficient of absorption, S:coefficient of scattering, R:reflected light at wavelength)

톳 천연염색의 최적 조건은 염료의 농도 범위에 따라 달라지는 것으로 확인되었다. 톳 열수추출물의 농도가 저농도 범위(20% ~ 80%)에서는 60℃, 60분 조건에서 염착량이 가장 높게 나타났으며(도 2 참조), 고농도 범위(100% ~ 600%)에서는 80℃, 60분 조건에서 다른 온도에서보다 톳 추출물 염료의 염착량이 더 높게 나타났다(도 3 참조).

톳 분말염료를 이용한 서로 다른 2종 색채 발현

자숙 과정을 통해 얻은 톳 액상 추출물의 분말염료로 직물을 염색한 결과, 염색 온도와 농도에 따라 발현 색상이 달라지는 것을 확인하였다.

먼저, 표 1a 내지 1d를 참조하면 염색 온도 80℃ 조건으로 20 ~ 80 % owf의 저농도 범위에서 염색하였을 때 염색 시간이 30분 ~ 60분의 모든 경우에 Red Purple(RP) 또는 Red(R)의 옅은 적색 계열의 색상이 발현되었다. 적색 계열은 천연염색에서 쉽게 얻어지는 색상이 아니며, 발현 가능한 천연염료가 극소수이기 때문에 톳 천연염색의 중요성을 확인할 수 있었다.

[표 1a]

[표 1b]

[표 1c]

[표 1d]

염색 온도 80℃ 조건으로 염료의 농도가 100 % owf 인 경우에는 염색 시간에 따라 색상이 달라지는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과에 대해 염료 농도에 따른 색상 변화를 더 구체적으로 확인하기 위하여, 염색 온도 60℃ 조건에서 고농도 염색(200 ~ 800 % owf)을 실시한 결과, 표 2a 내지 2d에 보인 바와 같이 톳 염색 직물의 색상은 대부분 Yellow Red(YR) 계통의 황색계열로 나타난 것을 알 수 있다.

[표 2a]

[표 2b]

[표 2c]

[표 2d]

한편, 고농도 염료에 대하서 고온에서 염색했을 때 톳 염색직물의 색채를 확인하기 위하여, 염색 온도 80℃ 조건에서 고농도 염색(200 ~ 800 % owf)을 실시한 결과, 표 3a 내지 3d에 보인 바와 같이 톳 염색 직물의 색상은 대부분 Yellow Red(YR) 계통의 황색계열로 나타난 것을 알 수 있다. 한 가지 중요한 사실은 고농도 염색(200 ~ 800 % owf)의 경우 염색 온도 80℃ 조건 보다 60℃ 조건에서 더 짙은 색채가 발현된 점이다.

[표 3a]

[표 3b]

[표 3c]

[표 3d]

이상의 결과로부터 톳 염료를 이용한 염색에 있어서 저농도 염료에서는 적색계열의 염색이 가능하고, 고농도 염료에서는 황색계열의 염색이 가능하며, 저농도에서는 80℃로 염색했을 때 색상에 상관없이 60℃보다 더 짙은 색채가 발현된 반면, 고농도에서는 60℃로 염색했을 때 색상에 상관없이 80℃보다 더 짙은 색채가 발현됨을 알 수 있다. 즉, 색상의 차이를 주는 주요 변수는 염료의 농도이며, 같은 염료 농도 조건에서 색을 더 짙게 하는 변수는 온도라고 할 수 있다.

도 4a 및 4b는 본 발명에 따라 염색된 직물의 색상을 보인 것이다. 톳 염료 농도 600% owf 및 800% owf 의 고농도에 대해 염색 조건 60℃, 50분으로 염색한 결과 황색 계열의 색상을 얻을 수 있고(도 4a), 톳 염료 농도 20% owf, 40% owf, 60% owf 및 80% owf 의 저농도에 대해 염색 조건 80℃, 50분으로 염색한 결과 적색 계열의 색상을 얻을 수 있음을 알 수 있다(도 4b).

결국, 톳 천염염색에 있어서 서로 다른 색상의 발현 및 색채의 짙은 정도는 염료 농도와 염색 온도에 주로 의존하며, 톳 분말염료의 농도 및 온도를 적절하게 선택하거나 순차적인 반복 염색을 통해 서로 다른 2종의 색상을 구현하고 색채의 짙은 정도를 제어할 수 있을 것이다.

톳 염색직물의 견뢰도 테스트

톳 추출 염료로 염색한 직물에 대해 견뢰도 시험을 실시하였다. 의류산업에서 색채 특성으로 중요하게 여기는 색조(tone)가 다른 시료를 대상으로 염색견뢰도를 테스트하기 위해, 염료 농도 및 염색 조건(온도 및 시간)을 달리하여 총 4개의 시료를 준비하고 테스트 결과를 표 4에 나타내었다.

시료들의 색상과 색조의 경우, 시료 1은 Red purple / pale(옅은 색조), 시료 2: Yellow red / pale, 시료 3: Yellow red / light(밝은 색조), 시료 4: Yellow red / light grayish (밝은 회색기미가 있는)의 색상과 색조를 보였다.

테스트 결과는 4가지 시료 모두 세탁, 땀, 마찰 견뢰도가 4-5등급으로 우수한 것을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 본 발명의 톳 천연염색은 후술하는 바와 같이 항균성도 우수하기 때문에 피부와 직접 접촉하게 되는 속옷용 직물의 염색에 특히 적합하다고 할 수 있다.

[표 4]

항균성 테스트

톳 추출 염료로 염색한 경우 항균성 정도를 확인하기 위해 정균감소 시험을 실시하였다. 톳 염료의 농도를 직물원단 대비 100%, 200%, 400%, 600%로 각각 염색 처리한 직물에 대하여 포도상구균과 폐렴구균의 2종 균에 대한 항균성을 KS K 0693에 의한 정량적 균감소율(reduction rates in no. of colonies)로 평가하였다. 시험균은 그람음성지정균인 폐렴간균(Klebsiella pneumonia ATCC 4352)과 포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)을 사용하였다.

도 4에 도시한 시험성적서에서 1번은 100%, 2번은 200%, 3번은 400%, 4번은 600% 농도의 염색 직물을 의미하며, 네 가지 염료 농도로 염색한 결과 포도상구균에 대한 항균성은 모두 99% 이상의 탁월한 균감소율을 나타내었으며, 폐렴구균에 대해서는 600% 농도로 염색한 직물에서 99% 이상의 높은 균감소율을 보였다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 톳 천연염색 방법은 원료 수급 및 염료 제조 과정에서 발생하는 비용 부분을 크게 줄이는 한편, 염색 공정을 단순화시킬 수 있고, 염색 조건을 제어하여 다양한 색상 발현이 가능하여 천연염색 산업의 발전은 물론, 자원 재활용과 친환경 공정에도 크게 이바지할 것으로 기대된다.

Claims (5)

1. 톳 건조물을 증기를 이용하여 자숙(煮熟)하는 단계;
   자숙을 통해 톳 건조물로부터 액상 추출물을 얻는 단계;
   상기 액상 추출물을 건조시켜 톳 분말 염료를 얻는 단계;
   상기 톳 분말염료에 물을 혼합하여 염액을 준비하고, 상기 염액으로 직물을 염색하는 단계를 포함하는
   톳 천연염색 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 톳 분말염료의 농도는 20% owf ~ 800% owf 의 범위로 염색을 수행하는 것을 특징으로 하는 톳 천연염색 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 직물과 염액의 무게 비는 1:50 ~ 1:300의 범위로 염색을 수행하는 것을 특징으로 하는 톳 천연염색 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 직물의 염색 시 염색 온도는 60℃ ~ 80℃, 염색 시간은 30분 ~ 60분인 것을 특징으로 하는 톳 천연염색 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 직물의 염색 시 톳 분말염료의 농도를 20% owf ~ 80% owf의 저농도 범위와 100% owf ~ 800% owf의 고농도 범위로 구분하고, 저농도 및 고농도의 분말염료를 이용하여 선택적으로 또는 순차적으로 직물에 염색하는 것을 특징으로 하는 톳 천연염색 방법.

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