KR101720170B1 - 염색기계를 이용한 천연염색 방법 및 이를 이용하여 염색된 천연 염색 직물 - Google Patents

염색기계를 이용한 천연염색 방법 및 이를 이용하여 염색된 천연 염색 직물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염색기계를 이용한 천연염색 방법 및 이를 하여 염색된 천연 염색 직물에 관한 것으로, a) 염색하고자 하는 원단을 전처리하는 단계; b) 천연염료분말을 준비하는 단계; c) 상기 a) 단계의 원단과 b)단계의 천연염료분말을 염색기계에 투입하여 원단을 염색하는 단계; d) 상기 c)단계에서 염색된 원단에 매염재를 투입하는 단계; 및 e) 상기 d) 단계에서 매염재가 처리된 원단을 수세 및 건조하는 단계를 포함하는 본 발명에 따르면 초음파 처리된 원단을 나노 분자화된 천연염료분말을 사용하여 염색함으로써 50℃이하의 저온에서도 단시간 내에 원료에 천연염료가 효과적으로 흡수되어 색상이나 터치감 등의 품질이 균일하게 유지될 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 천연 염색 방법은 수작업이 아닌 염색기계를 이용하여 천연염료를 원단에 염색할 수 있어 대량작업이 가능하므로 제품의 가격을 낮출 수 있어 경제성이 뛰어나며, 생산성 및 효율성이 우수하고, 제작자 및 생산자, 디자이너의 작업을 편리하게 할 수 있는 이점이 있다. 아울러, 정련제 및 표백제를 사용하지 않아 환경오염 및 화학물질에 의한 피부 알레르기 발생 등의 문제를 해결할 수 있기 때문에 수술복, 환자복, 붕대, 가제, 노인복, 유아복, 기저귀, 내의, 셔츠, 넥타이, 스카프, 손수건, 블라우스, 침구류, 커튼, 행주, 타월, 식탁보 또는 운동복 등을 제조하는데 사용될 수 있다.

Description

염색기계를 이용한 천연염색 방법 및 이를 이용하여 염색된 천연 염색 직물{Method for natural dyeing by using dyeing machine and the natural dyeing fabric}
본 발명은 염색기계를 이용한 천연염색 방법 및 이를 이용하여 염색된 천연직물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수작업이 아닌 기계를 이용하여 천연직물에 천연염료를 염색할 수 있는 방법 및 이를 이용하여 염색된 천연직물에 관한 것이다.
삶의 질이 향상되면서 의식주의 기본생활 패턴에서 의생활로의 관심이 변화하고 있으며, 이에 따라 섬유의 수요가 증가하고, 소비자들의 다양한 요구 및 품질에 대한 인식의 향상으로 염색에 의한 색상의 발현이나 디자인 등의 관점에서 보다 우수한 섬유 제품, 특히 천연섬유의 개발이 절실하게 요구되고 있다. 또한, 최근에는 화학염료를 사용하여 염색하는 과정에서 생성되는 폐수로 인하여 야기된 환경오염 및 염색과정 중에 화학염료에 의한 피부알레르기 발생 등의 문제에 대한 사회적 관심이 증가함에 따라 건강을 유지하고 증진시킬 수 있는 기능성 소재의 개발 및 천연염료를 이용한 천연염색과 같은 자연주의가 선호되고 있다(송 and 백, 2006, 한국지역사회생활과학지, 17(1):79-86.).
천연염색이란 자연계에 존재하는 동물(락, 연지층, 뮤렉스, 코치닐 등), 광물(황토, 숯) 및 식물(울금, 양파, 치자, 홍화, 소목, 자초, 꼭두서니, 녹차 등)로부터 분리하여 얻은 색소를 동물성 직물(모, 견, 캐시미어 등), 식물성 직물(면화, 목화, 아마 등), 광물성 직물(석면) 및 인조 직물에 색깔을 입히는 작업과정으로서, 화학 염료에 비하여 자연적이고 은은한 색상을 얻을 수 있으며, 천연 소재에 의한 항균성, 소취성 및 항알레르기성 등의 기능성을 가진다는 이점이 있다.
천연염색의 작업과정은 통상적으로 섬유의 정련, 염료 추출, 염색 및 매염 공정을 나누어진다. 구체적으로, 상기 섬유의 정련은 섬유 제품(직물)에 함유되어 있는 색소를 제외한 불순물을 제거하기 위해 일반적으로 정련제를 처리하고 따뜻한 물에 2~3시간 정도 담근 후 여러 번 행구는 방법으로 이루어진다. 상기 염료 추출은 천연 염재를 잘게 자른 다음 찜통에 넣고 2~3회 끓여 이루어진다. 상기 염색은 상기 추출된 염료에 정련한 직물을 담구고 20~30분 동안 침지시켜 이루어지며, 염색 공정이 이루어진 후 염료가 직물에 좀 더 고착될 수 있도록 매염제를 투여한다. 이때, 직물을 원하는 색으로 염색되기 위해서 상기 염색 및 매염제 처리 공정을 1세트로 하여 3~5회 반복해주어야 한다.
그러나 천연염색은 천연 소재로부터 추출되는 염료의 양이 적고, 염색하는 시간이 오래 소요되는 문제가 있다. 또한, 천연염료는 일반적으로 열수추출을 통해 액상으로 보관 및 사용하기 때문에 장기간 보관할 수 없을 뿐만 아니라 산지, 생육환경, 영양상태, 채취시기, 추출방법(시간, 온도 등) 등 여러 가지 변화에 따라 색소성분의 함량이 달라져 염색할 때마다 색상이 다르게 염색되거나 염색얼룩이 생기기 쉽고, 광(햇빛), 세탁, 땀, 드라이클리닝 등에 대한 견뢰도가 낮으며, 염료 추출과 염색까지 전 공정이 가내수공업 형태로 제조 원가가 비싸고 생산량 또한 제한되어 천연염색의 산업화에 큰 걸림돌로 작용하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1152909호는 염색기계를 이용한 황토 천연 염색 방법을 기재하고 있으나, 이는 빙초산을 이용하는 것으로 강한 자극적인 냄새가 발생하고, 작업자의 안정성이 문제된다.
이에 본 발명자들은 수작업이 아닌 염색기계를 이용하여 천연염색을 할 수 있어 대량작업이 가능한 천연 염색 방법을 개발하기 위하여 연구를 진행하던 중, 염색하고자 하는 원단을 호발, 초음파 처리, 오존 처리 및 분해효소를 첨가하는 원단 전처리 단계, 나노 분자화된 천연염료분말을 준비하는 단계, 원단 및 천연염료분말을 염색기계에 투입하여 원단을 염색하는 단계; 염색된 원단에 매염재를 투입하는 단계, 및 염색된 원단을 수세 및 건조하는 단계를 통해 염색된 직물은 색상이나 터치감 등의 품질이 균일하게 유지되면서 생산성 및 효율성이 우수하여 기술자의 작업이 편리하게 이루어질 수 있다는 사실을 발견함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 하나의 목적은 수작업이 아닌 염색기계를 이용하여 천연염색 할 수 있는 천연 염색 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 염색방법으로 염색된 천연 염색 직물을 제공하는데 있다.
하나의 양태로서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연 염색 방법을 제공한다:
a) 염색하고자 하는 원단을 전처리하는 단계;
b) 천연염료분말을 준비하는 단계;
c) 원단 및 천연염료분말을 염색기계에 투입하여 원단을 염색하는 단계;
d) 염색된 원단에 매염재를 투입하는 단계; 및
e) 염색된 원단을 수세 및 건조하는 단계.
이하에서는 본 발명의 천연 염색 방법을 각 단계에 따라 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
a) 염색하고자 하는 원단을 전처리하는 단계이다.
본 발명의 a) 단계는 원단에 있는 유제, 호제 또는 기타 불순물 등을 제거하여 원단의 염색을 균일하게 형성하기 위한 것으로, 원단을 호발 처리하는 단계, 호발된 원단을 정련하는 단계; 및 정련된 원단을 표백하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 호발 단계는 제직공정 중 사용한 호제를 제거하여 염료와 약제의 침투성을 증진시키고 촉감을 부드럽게 하기 위한 단계로서, 원단을 60~90℃의 온도로 승온시킨 호발제에 담근 후 수세함으로써 이루어질 수 있다. 이때, 호발제는 효소 호발제 또는 산화 호발제를 사용하는 것이 바람직하지만 이것으로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 정련단계는 원단에 내포되어 있는 불순물이나 큐티클을 제거하는 동시에 섬유 내 리그닌, 다당류 등의 구조 결합을 절단시켜 섬유에 대한 염착량을 향상시키기 위한 것으로, 호발 단계를 거친 원단을 물에 침지한 후 상하에 각각 15 KHz 이상, 바람직하게는 15 내지 30 KHz, 보다 바람직하게는 17 내지 28 KHz의 진동수를 갖는 음파에서 2 내지 4시간, 바람직하게는 3시간 동안 초음파 처리하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 표백 단계는 원단의 색소 불순물을 제거하고, 원단의 양축성 및 염색성을 향상시키기 위한 것으로, 정련단계를 거친 원단을 산호압 0.05 내지 0.2 MPa 및 전류 1 내지 3A의 조건으로 발생된 오존이 용해되어 있는 물에 10 내지 20분 동안 침지한 후, 오존 처리된 원단 100 중량부에 대하여 0.5 내지 2 중량부의 효소를 처리하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 효소는 원단의 개질과 함께 염료의 흡수성을 향상시킬 수 있는 것이라면 어느 것이나 사용 가능하며, 예를 들어 셀룰라아제(cellulase), 헤미셀룰라아제(hemicellulase), 아밀라아제(amylase), 펙티나아제(pectinase), 프로테아제(protease) 및 자일라나아제(xylanase) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 그러나 특별히 이로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용하는 원단은 식물, 동물 또는 광물로부터 얻어진 천연직물이라면 어느 것이나 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 식물로부터 얻어지는 직물은 종자모 섬유(면화, 케이폭면, 판야), 인피 섬유(아마, 저마, 황마, 대마), 엽맥 섬유(마닐라마, 사이잘마, 뉴질랜드마) 및 과실섬유(코이어)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종으로 제조된 직물일 수 있다. 상기 동물로부터 얻어지는 직물은 견(가잠견, 아잠견), 수모섬유(양모, 산양모, 모헤어, 캐시미어, 낙타모, 토끼털) 및 우모로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 제조된 직물일 수 있다. 상기 광물로부터 얻어지는 직물은 석면일 수 있다.
본 발명에 따라 전처리된 원단은 섬유에 대한 염착량이 증가하고, 원단 본래의 감촉이나 물성은 그대로 안정하게 유지되는 효과를 가진다.
b) 천연염료분말을 준비하는 단계이다.
본 발명의 b) 단계는 천연염료를 원단에 염색시키기 위한 염료를 가공하기 위한 것으로, 식물성 염재의 이물질을 제거하고 열수 처리하는 단계; 상기 열수 처리된 식물성 염재에 당 분해효소를 첨가하고 특정 온도, 압력 및 시간 동안 초고압 효소 처리하는 단계; 및 상기 초고압 효소 처리된 식물성 염재를 분말화하는 단계를 통해 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 열수 처리 단계는 식물성 염재로부터 색소를 추출하기 위한 것으로, 식물성 염재를 길이 방향으로 3 내지 5cm로 잘라 준비한 후, 물에 식물성 염재를 넣고 90 내지 110℃에서 2 내지 5시간 동안 끓여 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 식물성 염재의 함량은 염재의 종류에 따라 달라질 수 있다.
이때, 상기 식물성 염재는 황색, 적색, 흑색, 청색 등의 색소들을 추출해 낼 수 있는 식물이라면 이에 제한되지 않으며, 예를 들어, 괴화, 울금, 황백, 양파, 메리골드, 치자, 소목, 홍화, 자초, 꼬두서니, 녹차 잎, 오리나무 열매, 빈랑 열매, 감 또는 쪽 등일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 초고압 효소 처리 단계는 압력 및 특정온도에서 일정한 시간 동안 효소에 의한 기질을 가수분해하여 염색시 섬유원단에 대하여 염료의 염착량을 증진시키기 위한 것이다.
구체적으로, 상기 초고압 효소 처리를 위한 특정 온도는 40 내지 60℃, 바람직하게는 45 내지 55℃, 보다 바람직하게는 50℃이며, 초고압은 100 내지 300MPa, 바람직하게는 150 내지 250MPa, 보다 바람직하게는 200MPa이며, 일정시간은 1 내지 10분, 바람직하게는 3 내지 8분, 보다 바람직하게는 5분이다. 또한, 효소는 상술한 당 분해효소이며, 기질은 열수 처리된 식물성 염재이다. 상기 조건 이외의 조건에서는 식물성 염재로부터 색소가 추출되는 시간이 오래 소요되거나 색소에 결합된 당 분자(점성)의 제거가 완전하게 이루어지지 못하는 문제가 있다.
상기 당 분해효소는 비스코자임(Viscozyme), 셀루클라스트(Celluclast), 아밀로글루코시다제(Amyloglucosidase; AMG), 텀마밀(Termamyl) 및 울트라플로(Ultraflo)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 당 분해효소는 식물성 염재로부터 추출된 색소에 결합된 당 분자를 용이하게 제거하여 분말화를 용이하게 하는 이점이 있다.
본 발명에서 당 분해효소는 상기 열수 처리된 식물성 염재 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량부의 함량으로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 당 분해효소의 함량이 0.01 중량부 미만인 경우 색소에 결합된 당 분자의 제거가 용이하게 이루어지지 않아 이후 분말화 공정이 용이하게 이루어지지 않으며, 당 분해효소의 함량이 1 중량부를 초과하는 경우 그 이하의 함량을 첨가하여 추출된 천연염료의 수율의 증가가 미미하여 비경제적인 문제가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 분말화하는 단계는 상기 초고압 효소 처리를 통해 추출된 천연 염료액을 여과한 후 건조시켜 분말의 형태로 제조하는 것으로, 상기 건조는 천연 염료액의 수분을 제거하는 방법이라면 어느 것이나 사용 가능하며, 예를 들어 동결건조, 분무건조, 유동층 건조 및 진공건조 등을 이용할 수 있으나, 바람직하게는 동결건조를 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 천연염료분말은 균일하고 100nm 내지 1,000nm의 입자 크기를 가지므로 50℃ 이하의 물에서도 용이하게 용해되어 염료성분의 변화를 일으키지 않으면서도 섬유의 조직 내에 효과적으로 흡수되어 염색공정의 시간을 단축시킬 수 있으며, 천연염료액이 섬유에 강력하게 흡착하기 때문에 세탁시에도 염액이 거의 빠지지 않아 세탁 견뢰도를 향상시킬 수 있다.
c) 원단을 염색하는 단계이다.
본 발명의 c) 단계는 상기 a) 단계에서 전처리된 원단과 상기 b) 단계에서 제조된 천연염료를 염색기계에 투입함으로써 원단을 염색시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 염색은 30 내지 50℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하고, 염색기계를 반복 회전시킴으로써 원단에 천연염료의 염색을 균일하게 할 수 있다. 이때, 상기 반복 횟수는 원단에 염색시키고자 하는 염료의 색상에 따라 조절될 수 있으며, 8회 내지 10회 정도 반복하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 염색기계는 당업계에서 통상적으로 사용되는 기계를 사용할 수 있다.
d) 염색된 원단에 매염재를 투입하는 단계이다.
본 발명의 d) 단계는 상기 c) 단계에서 염색된 원단에 염료를 고착시키기 위한 것으로서, 염색 대상인 섬유의 종류에 공지되어 있는 적당한 것을 선택하여 사용하면 되는데, 통상적으로는 Sn 매염재(Na2SnO3ㅇ3H2O, SnCl4, SnCl2), Al 매염재(백반; Al(CH3COO), Al(OH)(CH3COO)2), Cu 매염재(CuSO4, Cu(CH3COO)2.CuO 6H2O), Fe 매염재(Fe(CH3COO)2, FeSO4) 등이 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 매염재는 염색된 원단 100 중량부에 대하여 0.1 내지 0.5 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 매염재를 0.1 중량부 미만으로 사용하는 경우 천연염료의 고착이 이루어지지 않아 견뢰도가 저하될 수 있으며, 0.5 중량부를 초과하여 사용하는 경우 그 이하의 함량을 사용한 경우에 비하여 천연염료가 고착되는 효율의 증가가 미미하고, 원단의 손상 및 환경오염을 일으킬 수 있는 문제가 있다.
e) 염색된 원단을 수세 및 건조하는 단계이다.
본 발명에 있어서, 상기 세척 및 건조는 염색된 섬유에 묻어있는 불순물 또는 불안정하게 염착된 천연염료를 제거하면서 염착된 섬유에 염료가 발색되도록 하는 방식이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 염색된 섬유를 흐르는 물에 3 내지 5회 세척하여 탈수한 후 그늘지고 바람이 잘 통하는 장소에서 건조시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 천연 염색 방법은 수작업이 아닌 염색기계를 이용하여 천연염료를 원단에 염색할 수 있어 대량작업이 가능하여 제품 가격을 낮출 수 있어 경제성이 뛰어나며, 생산성 및 효율성이 우수하고, 기술자의 작업을 편리하게 하면서 색상이나 터치감 등의 품질이 균일하게 유지되도록 할 수 있는 이점이 있다.
다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 염색방법으로 염색된 천연 염색 직물을 제공한다.
본 발명에 따라 염색된 천연 염색 직물은 천연염료가 천연 직물에 효과적으로 흡수되어 색상이나 터치감 등의 품질이 균일하게 유지할 뿐만 아니라 환경오염 및 화학물질에 의한 피부 알레르기 발생 등의 문제를 해결할 수 있는 있으므로, 수술복, 환자복, 붕대, 가제, 노인복, 유아복, 기저귀, 내의, 셔츠, 넥타이, 스카프, 손수건, 블라우스, 침구류, 커튼, 행주, 타월, 식탁보 또는 운동복 등을 제조하는데 사용될 수 있다. 그러나 특별히 이로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면 초음파 처리된 원단을 나노 분자화된 천연염료분말을 사용하여 염색함으로써 50℃이하의 저온에서도 단시간 내에 원료에 천연염료가 효과적으로 흡수되어 색상이나 터치감 등의 품질이 균일하게 유지될 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 천연 염색 방법은 수작업이 아닌 염색기계를 이용하여 천연염료를 원단에 염색할 수 있어 대량작업이 가능하므로 제품의 가격을 낮출 수 있어 경제성이 뛰어나며, 생산성 및 효율성이 우수하고, 기술자의 작업을 편리하게 할 수 있는 이점이 있다.
아울러, 정련제 및 표백제를 사용하지 않아 환경오염 및 화학물질에 의한 피부 알레르기 발생 등의 문제를 해결할 수 있기 때문에 수술복, 환자복, 붕대, 가제, 노인복, 유아복, 기저귀, 내의, 셔츠, 넥타이, 스카프, 손수건, 블라우스, 침구류, 커튼, 행주, 타월, 식탁보 또는 운동복 등을 제조하는데 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1: 본 발명에 따른 천연염료분말 제조
치자 1.2kg에 물 2L를 넣고 가열(열수처리)하여 염액을 추출한 후, 추출된 치자 원액 100ml에 비스코자임(Viscozyme) 0.3g을 첨가한 다음 200MPa의 압력 및 50℃의 온도가 유지되는 초고압 효소처리 장치의 챔버에 넣고 5분 동안 처리하였다. 그 후 상기 초고압 효소 처리한 염액을 동결건조한 후, 분쇄하여 100 내지 1,000 nm의 직경을 갖는 분말화된 천연염료를 제조하였다.
실시예 2: 염색기계를 이용하여 염색된 천연직물 제조
먼저, 양모를 80℃의 온도로 승온시킨 산화 호발제에 담가 수세하였다. 그 다음 상기 호발시킨 양모를 물에 넣고 20 kHz의 진동수가 발생하도록 초음파 처리하여 양모 표면에 부착되어 있는 불순물을 제거하였다. 그후 산호압 0.1MPa 및 전류 2A의 조건으로 발생된 오존이 용해되어 있는 물에 15분 동안 침지한 다음, 케라티나아제를 처리하고, 이후 온욕중에 30분간 침적시켜 효소를 실효시켜 준비하였다.
그 후 상기 준비한 양모와 실시예 1에서 제조한 천연염료분말을 염색계에 넣고 45℃의 온도에서 5회 반복 회전시켜 양모를 염색시켰다. 그 다음 상기 염색된 양모를 꺼내 흐르는 물에 2회에 걸쳐 세척한 다음, 건조하여 염색된 직물을 제조하였다.

Claims (6)

  1. 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색기계를 이용한 천연 염색 방법:
    a) 염색하고자 하는 원단을 전처리하는 단계;
    b) 식물성 염재의 이물질을 제거하고 열수 처리하는 단계로 상기 열수처리된 식물성 염재 100 중량부에 대해 0.01 내지 1 중량부의 당 분해효소를 첨가하고, 40 내지 60의 온도 및 100 내지 300 MPa의 압력에서 1 내지 10분 동안 초고압 효소처리하고, 상기 초고압 효소처리된 식물성 염재를 분말화 시키는 단계;
    c) 상기 a) 단계의 원단과 b)단계의 천연염료분말을 염색기계에 투입하여 원단을 염색하는 단계;
    d) 상기 c)단계에서 염색된 원단에 매염재를 투입하는 단계; 및
    e) 상기 d) 단계에서 매염재가 처리된 원단을 수세 및 건조하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 a) 단계는,
    상기 원단을 호발제를 이용하여 호발시키는 단계;
    상기 호발된 원단을 15 KHz 내지 30 KHz의 진동수를 갖는 음파로 초음파 처리하여 정련시키는 단계; 및
    상기 정련된 원단을 오존 및 효소처리하여 표백시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염색기계를 이용한 천연 염색 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 c) 단계는 30 내지 50℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 염색기계를 이용한 천연 염색 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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