KR101586560B1 - 이산화티타늄을 이용한 기능성 천연 염료 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이산화티타늄을 이용한 기능성 천연염료 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 천연염료는 물에 이산화티타늄 분말을 투입하여 분산시켜 이산화티타늄 분산액을 제조하는 단계; 물에 황토를 첨가하여 황톳물을 제조하는 단계; 상기에서 제조된 이산화티타늄 분산액과 황톳물을 혼합하여 교반하여 천연염료를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 이산화티타늄을 이용한 기능성 천연 염료 제조 방법에 의해 제조된다. 상기한 본 발명에 따른 기능성 천연염료는 이산화티타늄을 포함하여 이루어짐에 따라 그 혼합비율의 조절로 황토 염색 제품의 명암을 조절하여 염색된 원단의 색을 비교적 자유롭게 표현할 수 있을 뿐만 아니라 항균력을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

이산화티타늄을 이용한 기능성 천연 염료 및 그 제조 방법{FUNCTIONAL NATURAL DYES USING TITANIUM DIOXIDE AND PREPARING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 천연 염료 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 이산화티타늄을 이용한 기능성 천연염료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 천연염색이란 화학염료를 사용하지 않고 천연염료를 사용하여 직물에 염색을 하는 것을 말한다. 상기 천연 염료는 황토, 색깔을 띠는 광물, 꽃, 잎, 열매, 뿌리 해초류 등의 천연원료를 사용하여 제조된다. 근래에 들어 건강에 대한 관심이 증대되면서 천연 염료를 이용한 염색방법에 대한 연구가 증가되고 있다.

이러한 천연염료 중 황토는 분해력과 항균성, 흡수력 등 많은 인체에 유익한 다양한 특성을 가지고 있으며, 특히 습도 조절 기능과 온도 유지 기능, 전자파 흡수, 원적외선 방출, 생리작용 활성화 등의 효능을 나타내어 천연염료로서 널리 사용되고 있다. 특히 황토를 이용한 직물의 염색방법은 예로부터 알려져 왔으며, 그 방법은 단순히 황토를 물에 개어 분산시킨 상태에서 천이나 옷 등의 직물에 황토색을 물들이는 것이었다. 그러나 이러한 방법에 의해 염색된 직물은 단순히 황토가 표면에 피착된 상태로서 그 염색 상태가 대단히 불량하여 균일한 염색을 얻기가 곤란하고 세탁 등에 의해 탈색이 심하게 발생하는 등의 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 한국특허공개 99-65741호에는 원단을 양이온화 전처리하여 마이너스 전하를 갖는 황토입자와의 흡착률을 증가시키고, 흡착된 황토입자를 면섬유 고착제에 의해 화학적으로 고착시킴으로써 세탁 견뢰도의 변퇴정도를 증가시킨 염색방법을 제공하고 있다. 또한 한국특허공개 2001-37307호에는 섬유고착재를 사용하지 않고, 전처리단계가 불필요하며 황토 자체의 염착력을 향상시키는 방법으로서, 겔상태의 황톳물과 약알칼리수의 혼합물을 사용하는 황토 염료를 개시하고 있다. 또한 한국공개특허 2003-39571호에는 물과 황토의 혼합물을 수비법(水飛法)으로 미세분말화시켜 황토입자를 얻고, 이와는 별도로 왕겨와 찰볏짚에 물을 혼합시킨 혼합물을 20 내지 80℃의 온도범위에서 3 내지 10일 동안 방치 후 여과하여 약알칼리수를 얻은 다음 상기 황토입자를 혼합하여 황토염료를 제조하는 기술을 개시하고 있다.

하지만, 상기한 종래의 황토 염색 제품은 물빠짐을 막기 위하여 수회의 반복 염색을 실시하다 보니 대부분 짙은 황토색으로 색깔을 표현하는 데에는 한계가 있다는 문제가 있다. 또한 옅은색을 표현하기 위하여 염색회수를 줄이면 보습력, 항균력 등의 기능이 감소되는 문제점도 있다. 즉, 종래 황토 염색 제품은 색상의 명암을 조절하는데 많은 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 황토 염색 제품의 명암을 조절하여 염색된 원단의 색을 비교적 자유롭게 표현할 수 있을 뿐만 아니라 항균력을 극대화할 수 있는 이산화티타늄을 이용한 기능성 천연 염료 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히 본 발명은 황토 염색 제품의 명암을 조절하기 위하여 첨가되는 이산화티타늄의 분산액 제조시 분산성을 증대시킨 분산액의 제조가 가능하도록 함으로써 황토 염색시 색도를 균일하게 유지시킬 수 있도록 한 이산화티타늄을 이용한 기능성 천연 염료 및 그 제조 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 상기 천연 염료를 이용하여 염색된 원단을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 물에 이산화티타늄 분말을 투입하여 분산시켜 이산화티타늄 분산액을 제조하는 단계; 물에 황토를 첨가하여 황톳물을 제조하는 단계; 상기에서 제조된 이산화티타늄 분산액과 황톳물을 혼합하여 교반하여 천연염료를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이산화티타늄을 이용한 기능성 천연 염료 제조 방법을 제공한다.

상기 이산화티타늄 분산액 제조단계가: 증류수 100중량부에 대하여 입경 0.001mm 내지 0.1mm의 이산화티타늄 분말 10 내지 50중량부를 투입하여 교반하는 것일 수 있다.

상기 이산화티타늄 분말은 물 100중량부에에 대하여 20 내지 30 중량부를 투입하는 것일 수 있다.

상기 이산화티타늄 분산액을 제조하는 단계가 물에 이산화티타늄 분말을 투입 시 20kHz~50kHz의 범위의 초음파를 주사하면서 분산시키는 것일 수 있다.

상기 황톳물을 제조하는 단계가 물 100중량부에 대하여 황토 50 내지 200중량부를 투입한 후 교반하여 제조하는 것일 수 있다.

상기 천연염료를 제조하는 단계에서 이산화티타늄 분산액과 황톳물은 1:99~99:1의 중량비율로 혼합하는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면 상기 제조방법에 의해 제조된 것으로서, 물 200중량부에 대하여, 입경 0.001mm 내지 0.1mm의 이산화티타늄 분말 10 내지 50중량부 및 황토 50 내지 200중량부를 포함하여 이루어지는 이산화티타늄을 이용한 기능성 천연 염료를 제공한다.

또한 본 발명에 따르면 상기 천연염료를 이용하여 염색된 원단을 제공한다.

상기한 본 발명에 따른 기능성 천연염료는 이산화티타늄을 포함하여 이루어짐에 따라 그 혼합비율의 조절로 황토 염색 제품의 명암을 조절하여 염색된 원단의 색을 비교적 자유롭게 표현할 수 있을 뿐만 아니라 항균력을 극대화할 수 있는 효과가 있다. 특히 본 발명은 황토 염색 제품의 명암을 조절하기 위하여 첨가되는 이산화티타늄의 분산액 제조시 분산성을 증대시킨 분산액의 제조가 가능하도록 함으로써 황토 염색시 색도를 균일하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 실시예 1에서 제조한 염색 원단의 색상을 나타낸 사진이다.
도 2는 비교예 1에서 제조한 염색 원단의 색상을 나타낸 사진이다.

이하 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 이산화티타늄을 이용한 기능성 천연 염료 제조 방법은 물에 이산화티타늄 분말을 투입하여 분산시켜 이산화티타늄 분산액을 제조하는 단계, 물에 황토를 첨가하여 황톳물을 제조하는 단계 및 상기에서 제조된 이산화티타늄 분산액과 황톳물을 혼합하여 교반하여 천연염료를 제조하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 이산화티타늄 분산액을 제조하는 단계는 물에 이산화티타늄 분말을 투입하여 분산시킴으로써 이루어진다.

여기서 이산화티타늄은 광물색이 백색으로서 황토 염료와 혼합하는 경우 원단의 연한색을 구현할 수 있다. 즉, 황토 염색 제품의 명암을 조절하여 염색된 원단의 색을 비교적 자유롭게 표현할 수 있다는 장점이 있다. 뿐만 아니라 이산화티타늄은 주지된 바와 같이 광산화분해반응에 의한 항균성을 확보할 수 있고, 초 친수성에 의한 자정작용을 기대할 수 있다.

광산화분해반응은 물질을 분해하는 현상으로 380nm 이하의 자외선을 흡수했을 때 반응이 진행된다. 이 반응은 30000℃이상에서의 연소반응과 동일하지만 통상의 연소반응과는 다르게 온도가 상승하지 않고 실온의 상태에서 반응이 진행된다. 이런 반응에 의해 유해한 유기휘발성 화합물(VOCs), 세균, 바이러스의 산화분해 및 NOx, SOx 산화제거 효과를 나타낸다. 유해 유기 오염물질을 완전히 분해하여 무해화가 가능한 강한 산화력을 갖고 있다. 따라서 미량이지만 환경에 큰 영향을 미치는 환경 호르몬이나 유기오염 물질의 무해한 물질로의 분해 제거에 유효하다.

초 친수성이란 재료의 표면에 물이 잘 어울려서 재료의 표면에 넓게 퍼지는 현상이다. 이산화티타늄은 물체와 물의 접촉각을 5도 이하로 형성하게 하므로 이산화티타늄을 코팅한 원단의 표면에 자외선이 조사되면 물이 완전하게 표면에 퍼져 버리는 초 친수성 현상을 나타내며 이 특성에 의해 이산화티타늄을 코팅한 재료의 표면에 물이 닿게 되면, 티끌이나 먼지 등의 오염이 쌓여지기 어려운 상태가 되어 더러움이 간단히 씻겨져 버리므로 세척비용을 절감, 김 서림 및 시야의 왜곡 현상을 방지할 수 있다.

본 발명에서는 상기한 이산화티타늄의 특성을 활용하여 이산화티타늄 분산액을 제조하는데, 상기 이산화티타늄 분산액은 증류수 100중량부에 대하여 입경 0.001mm 내지 0.1mm의 이산화티타늄 분말 10 내지 50중량부, 바람직하게는 20 내지 30 중량부를 투입하여 교반하는 것일 수 있다.

상기 이산화티타늄 분말의 입경이 0.001mm 미만일 경우 이산화티타늄 분말의 입경이 너무 작아 부유하여 분산이 잘 이루어지지 않는다는 문제점이 있으며, 0.1mm 초과일 경우 이산화티타늄 분말이 침강하여 분산이 잘 이루어지지 않는다는 문제점이 있다. 상기 이산화티타늄 분말은 물 100중량부에 대하여 10중량부 미만으로 첨가될 경우 이산화티타늄 함량이 적어 그 기능을 충분히 발휘하지 못하여 염색된 원단의 명암조절이 어려운 문제점이 있으며, 50중량부 초과일 경우 분산액 내에서 입자들끼리 뭉쳐 침강이 발생되는 문제점이 있다.

상기 이산화티타늄 분말은 20 내지 30℃의 물에 투입하여 분산시키는 것이 좋다. 또한 상기 물로 pH 7 내지 8의 약 알칼리성을 나타내는 물(시냇물 등의 자연수)을 사용하거나 또는 이산화티타늄 분말을 첨가하기 전 물의 pH를 7 내지 8로 조절한 후 이산화티타늄 분말을 첨가할 수 있다. pH의 조절은 일반적으로 알려진 방법을 적용하면 용이하게 실시할 수 있다. 상기와 같은 범위의 pH를 갖는 물을 사용하면 이산화티타늄 분말의 분산성이 매우 양호해 진다.

본 발명에 따르면 상기 이산화티타늄 분산액을 제조하는 단계가 물에 이산화티타늄 분말을 투입 시 20kHz~50kHz의 범위의 초음파를 주사하면서 분산시키는 것일 수 있다. 상기와 같이 초음파를 주사하면서 이산화티타늄 분산액을 제조하게 되면 초음파의 파장에 의해 교반 및 분산이 일어나 매우 우수한 분산 효과를 얻을 수 있다.

황톳물을 제조하는 단계는 물에 황토를 첨가하여 교반함으로써 이루어진다. 상기 황톳물은 당해 분야에서 일반적으로 알려진 방법에 따라 제조된 것을 사용할 수 있다.

황토는 지역마다 다소 다르지만 일반적으로 석영 40~80%, 장석과 운모 10~20%, 탄산염광물 5~35%, 실트 2~4% 등의 조성으로 이루어진 광물로, 붉은색을 띄고 있고, 화학성분은 실리카가 50~60%, 알루미나는 8~12%, 3가 산화철은 2~4%, 2가 산화철은 0.8~1.1%, 산화칼슘은 4~16%, 산화마그네슘은 2~6%, 약 0.5%의 산화티탄과 산화망간으로 구성되어 있으며, 수분함량이 10~15%정도로 이루어져 있다.

이와 같은 황토는 자연상태에서는 모래, 식물 성분 등이 포함되어 있을 뿐만 아니라 그 입도가 다양하여 균질한 상태의 염색을 얻기가 곤란하다. 그에 따라 통상적으로 황톳물을 제조할 때는 먼저 황토에서 불순물을 제거한 후 물에 투입하여 교반함으로써 제조되는데, 교반시 수중 분쇄를 실시할 수도 있다. 필요에 따라서는 이렇게 제조된 황토물의 상등액 만을 취하여 염색에 사용하기도 한다.

본 발명에서는 상기 황톳물로 불순물이 제거된 황토를 물에 투입한 후 충분히 교반하여 제조된 것을 사용하였다. 이때 상기 황토는 물 100중량부에 대하여 50 내지 200중량부를 투입하였다. 상기 황토의 첨가량이 물 100중량부에 대하여 50 중량부 미만일 경우 염색된 원단에 고착되는 황토의 함량이 줄어들어 그 기능을 충분히 발현하지 못한다는 문제점이 있으며, 200중량부 초과일 경우 황톳물의 제조가 곤란하다는 단점이 있다.

천연염료를 제조하는 단계는 상기에서 제조된 이산화티타늄 분산액과 황톳물을 혼합하여 교반하는 것이다. 이때 이산화티타늄 분산액과 황톳물의 혼합비율은 원하는 색상의 명암을 표현하도록 하는 범위내에서 자유롭게 조절할 수 있다.

바람직하게 상기 이산화티타늄 분산액과 황톳물은 1~20 : 80~99의 중량비율로 혼합할 수 있다. 상기 이산화티타늄 분산액과 황톳물의 혼합비율이 상기 범위를 벗어나는 경우 이산화티타늄에 의한 염색 제품의 명암을 조절이 원활하지 않을 뿐만 아니라 충분한 황토의 기능이 발휘되지 못한다는 단점이 있다.

상기 천연염료를 제조하는 단계에서 이산화티타늄 분산액은 분산액 제조 후 1분 내지 60분 사이에 황톳물과 혼합하는 것이 바람직하다. 이때 이산화티타늄 분산액과 황톳물은 20 내지 30℃도를 유지하면서 혼합하는 것이 좋다. 분산액 제조 후 60분이 지나면 이산화티타늄의 침강이 일어나 염색 시 입자 뭉침 현상이 일어날 수 있다.

필요에 따라서 상기 천연염료를 제조하는 단계에서 첨가제를 더 투입할 수 있다. 상기 첨가제는 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것을 첨가할 수 있다.

고착력 향상을 목적으로 상기 첨가제로 소금 및 우유를 첨가할 수 있으며, 상기 소금 및 우유는 천연염료 전체 중량에 대하여 1 내지 5중량% 함유되도록 첨가할 수 있다.

상기한 방법으로 제조된 본 발명에 따른 천연염료는 원단의 염색에 사용될 수 있다. 이때, 상기 제조방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 기능성 천연 염료는 물 200중량부에 대하여, 입경 0.001mm 내지 0.1mm의 이산화티타늄 분말 10 내지 50중량부 및 황토 50 내지 200중량부를 포함하여 이루어진다. 이렇게 제조된 기능성 천연 염료는 이산화티타늄의 함량 조절을 통해 명암을 조절하여 다양한 색상의 구현이 가능해진다.

본 발명에 따르면 상기 천연염료를 이용하여 염색된 원단을 제공한다. 원단의 염색방법은 당해분야에서 일반적으로 사용되는 방법을 적용할 수 있다.

예를 들어 원단의 염색방법은 원단을 정련하고 건조한 다음 이를 상기에서 제조한 기능성 천연 염료에 넣고 상온에서 수회 주물러 염색시킨 후 햇볕에 건조한다. 건조된 원단은 다시 기능성 천연 염료에 넣고 70 내지 100℃℃에서 수회 주물러 염색한 후 햇볕에 건조한다. 이러한 과정은 수회 반복 실시할 수 있다. 바람직하게는 2 내지 5회 반복 실시할 수 있다. 건조된 원단은 다시 기능성 염료에 넣고 4 내지 8시간 삶은 다음 수회 세척하여 건조하면 염색을 완료할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

<실시예 1>

1) 이산화티타늄분산액 제조

입경 0.001 내지 0.1mm의 크기를 갖는 된 이산화티타늄 분말(야쿠리(Yakuri)사의 TItanium oxide anatase 98%를 사용)을 25℃의 증류수 1000g당 250g의 양으로 저어가면서 투입하였다. 이산화티타늄 분말을 증류수에 투입할 때 주파수 25kHz의 초음파를 주사하면서 분산시켰다.

2) 황톳물 제조

불순물이 제거된 황토를 25℃의 증류수 1000g에 1000g의 양으로 저어가면서 투입하였다.

3) 천연염료 제조

상기에서 제조된 황톳물 90중량부당 상기에서 제조된 이산화티타늄 분산액 6중량부, 소금 2중량부 및 우유 2중량부의 비율로 첨가 혼합하여 천연염료를 제조하였다.

4) 원단 염색

원단을 정련하고 건조시켰다. 이후 상기에서 제조된 천연염료에 원단을 넣고 상온에서 수회 주물러 염색시킨 후 햇볕에 건조하였다. 상기에서 제조된 천연염료를 80℃로 가온시킨 상태에서 상기 건조된 원단을 투입한 후 수회 주물러 염색 후 햇볕에 건조하는 과정을 3회 반복 실시하였다. 이렇게 하여 건조된 원단은 다시 천연염료에 넣고 5시간 삶은 다음 10회 헹구어 햇볕에 건조하여 염색을 완료하였다.

<비교예 1>

천연염료로 상기 실시예 1에서 제조된 황톳물을 사용하였다. 이렇게 제조된 천연염료를 이용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 원단 염색을 실시하였다.

<실험예>

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 염색된 원단의 색상을 각각 도 1 및 도 2에 나타내었다.

본 발명에 따라 실시예 1에서 제조된 이산화티타늄을 함유하는 천연염료를 이용하여 염색된 원단은 도 1에서 보는 바와 같이 베이지색을 나타냄을 알 수 있다. 반면, 통상의 황톳물을 이용하여 염색된 원단은 도 2에서 보는 바와 같이 붉은 황토색을 나타냄을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 기능성 천연염료는 이산화티타늄의 분산액의 함량 조절을 통해 황토염색 원단의 명암 조절이 가능하여 다양한 색상의 구현이 가능함을 알 수 있다.

Claims (9)

1. 증류수 100중량부에 대하여 입경 0.001mm 내지 0.1mm의 이산화티타늄 분말 10 내지 50중량부를 투입함과 동시에 20kHz~50kHz의 범위의 초음파를 주사하면서 교반 및 분산시켜 이산화티타늄 분산액을 제조하는 단계;
   물 100중량부에 대하여 황토 50 내지 200중량부를 투입한 후 교반하여 황톳물을 제조하는 단계;
   상기의 단계에서 제조된 이산화티타늄 분산액과 황톳물은 1:99~99:1의 중량비율로 혼합 및 교반하여 천연염료를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이산화티타늄을 이용한 기능성 천연 염료 제조 방법.
   
   
   
   
   
   
   
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