KR101844665B1

KR101844665B1 - 국내산 쪽풀 추출 니람을 이용하는 천연분말인디고의 제조방법

Info

Publication number: KR101844665B1
Application number: KR1020160094719A
Authority: KR
Inventors: 조성훈; 김경미
Original assignee: 한국섬유소재연구원
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-04-02
Also published as: KR20180012014A

Abstract

본 발명은 국내산 쪽풀로부터 추출된 니람을 이용하여 분말형태의 천연인디고를 제조하는 방법에 관한 것으로서 로이코 인디고(leuco indigo)가 충입되어 있는 혼합통을 고속으로 교반하면서 산소수를 점적하여 로이코 인디고가 산소와 반응하여 산화가 되도록 함으로써 분무장치 입구를 세정해야 하는 번거로움을 해소하고, 안료 생산 효율을 증대시킴과 오랜 시간 보관하여도 색채가 변하지 않는 등의 이점이 있다.

Description

국내산 쪽풀 추출 니람을 이용하는 천연분말인디고의 제조방법{Method Of Manufacturing Natural Indigo Powder Using Niram Extrracted From Korean Jjokpul}

본 발명은 국내산 쪽풀로부터 추출된 니람을 이용하여 분말형태 천연인디고를 제조하는 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 로이코 인디고(leuco indigo) 수용액을 교반하면서 산소수를 혼합통 내부로 점적하여 로이코 인디고가 산소수와 반응하여 산화가 되도록 함으로서 인디고의 생산 효율 증대는 물론 고순도의 천연인디고 제조방법을 제공하는데 있다

전통적인 쪽 염색법은 생쪽을 발효시켜 이 액에 천을 침적시킨 후 공기 중에 산화시킴으로써 발색시키는 것으로써, 이를 보다 상세하게 살펴보면, 쪽풀을 꽃이 피기 전에 베어서 독 속에 넣고 물로 수일 동안 우려낸 다음 쪽풀을 건져내고 그 액에 조개 껍질이나 굴 껍질을 태워 얻은 가루를 넣고 상하·좌우로 강하게 저어주면 파란거품이 일어난다. 거품 덩어리가 점점 작아질 때까지 저어 준 다음 그대로 방치하였다가 파란 침전물과 연한갈색 액으로 분리가 되면 윗물을 따르고 쪽 덩어리를 만든 다음 이를 수분과 적당한 온도로 발효시킨 다음 이 발효 액에 천을 침지 하였다가 꺼내 공기 산화시켜 발색시키고, 이 과정을 수차례 되풀이하여 원하는 색상의 염색물을 얻는다.

상기한 바와 같은 쪽풀을 이용한 염색법에서 쪽풀의 청색 색소인 인디고(indigo)는 물에 불용성이나, 이의 전구체인 인디칸(indican)은 수용성 포도당의 배당체로 생쪽에 존재하므로 쪽풀을 물에 우려냄으로써 쉽게 용출해 낼 수 있다.

이 인디칸은 알칼리성 잿물을 가함으로써 포도당이 가수분해되어 인독실(indoxyl)로 전환되고 인독실은 화학적으로 불안정하여 공기 중에서 산화 이량화하여 불용성의 인디고와 이들 중간체들의 혼합물로 침전된다.

이 혼합물은 환원당인 포도당을 함유하고 있어 발효하면 불용성 인디고가 환원되어 수용성인 로이코 인디고(leuco indigo)로 되고 이것을 공기 중에 방치하면 산화되어 발색하는 것이다.

상기한 인디칸(indican)가 수용성인 로이코 인디고(leuco indigo)로 변화하는 반응식은 아래와 같다.

반응식 1

반응식 2

그러나, 상기한 전통적인 쪽 염색법에서 쪽풀로부터 인디고를 추출하는 방법은 생쪽을 발효시켜 하기 때문에 발효 과정에서 악취가 날 뿐만 아니라 작업이 1년중 6∼7월중에 단시간 내에 이루어져야 하므로 노동력의 문제가 많다.

이에 대한민국특허공개제10-2011-0054098호에서는 쪽풀을 이용하는 분말 형태의 천연인디고 제조방법을 제시하고 있으나, 로이코 인디고를 분무할 때 로이코 인디고가 강알칼리성을 띠고 있기 때문에 중성화를 위한 산중화 공정이 선행되어야 불용성 인디고를 얻을 수 있으며, 산소수가 충입되어 있는 혼합통 내부로 인디고를 분무할 때 공기 중의 산소에 의해 먼저 산화된 불용성 인디고가 분무장치의 입구를 자주 막기 때문에 막힌 분무장치 입구를 세정해야 하는 번거로움이 있고, 수율 또한 낮은 문제점이 있었다.

대한민국특허공개제10-2011-0054098호

그러므로 본 발명에서는 로이코 인디고(leuco indigo) 수용액을 산소수가 충입되어 있는 혼합통에 분무하는 방식이 아닌, 로이코 수용액을 혼합통에 담아놓은 상태에서 서서히 교반하면서 먼저 중성이 될 수 있도록 약산을 이용하여 중성화 과정을 거친 후에 산소와 반응하여 발색이 촉진될 수 있도록 중성 로이코 인디고(leuco indigo)에 산소수를 점적하여 로이코 인디고가 산소와 반응하여 산화가 되도록 한 니람을 이용하는 분말 형태의 천연인디고 제조방법을 제공하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적은 천연분말인디고의 제조방법에 있어서,

국내산 쪽풀을 분쇄하는 분쇄공정(S100)과

상기 분쇄된 쪽풀을 물이 담겨진 용기에 담그고 7일~8일 동안 침지시켜 색소를 추출하는 염액추출공정(S200)과

상기 염액추출공정에 의해 색소가 우러난 쪽풀을 건져내고 소석회를 투여하여 희석시키는 소석회공급공정(S300)과

상기 소석회공급공정(S300) 수행 후 2~3일간 침지시켜 니람(泥藍)을 분리하는 니람분리수거공정(S400)과

니람(泥藍)을 물에 풀고 NaOH과 Na₂S₂O₄을 넣고 10분간 교반한 후, 50~70℃에서 10분간 가열하는 가열공정(S500)과

상기 가열공정 수행 후 12~18시간을 정치한 후 상등액을 분리하여 얻는 상등액분리공정(S600)과

상기 상등액분리공정(S600)에서 얻어진 상등액을 실온에서 교반 후 아세트산을 첨가하여 중화시키는 중화공정(S700)과

상기 중화공정(S700) 후 상등액을 발색이 촉진되도록 로이코 인디고(leuco indigo)가 충입되어 있는 혼합통을 고속으로 교반하면서 산소수를 점적하여 미입자 상태에서 산소와 반응하여 산화되도록 하는 산화공정(S800)과

상기 산화공정(S800) 후 산화되어 상등액에 침전된 침전물을 필터링 하는 분리공정(S900)과

상기 분리공정(S900)에 의해 얻어진 분말을 동결건조하는 동결건조공정(S1000) 순으로 제조하는 것을 특징으로 하는 국내산 쪽풀 추출 니람을 이용하는 천연분말인디고의 제조방법에 의하여 달성된다.

또한 상기 중화공정(S700)에서 아세트산의 공급량은 니람 100g당 2~4㎖인 것을 특징으로 하는 국내산 쪽풀 추출 니람을 이용하는 천연분말인디고의 제조방법에 의하여 달성된다.

상기 가열공정(S500)은 니람(泥藍) 2kg을 15리터의 물에 풀고 NaOH 60g과 Na₂S₂O₄ 150g을 넣고 10분간 교반한 후, 50~70℃에서 10분간 가열하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 로이코 인디고(leuco indigo)가 충입되어 있는 혼합통을 고속으로 교반하면서 산소수를 점적하여 로이코 인디고가 산소와 반응하여 산화가 되도록 함으로써 분무장치 입구를 세정해야 하는 번거로움을 해소하고, 안료 생산 효율을 증대시킴과 오랜 시간 보관하여도 색채가 변하지 않는 등의 이점이 있다.

도 1은 본 발명인 국내산 쪽풀 추출 니람을 이용하는 천연분말인디고의 제조방법을 보여주는 공정순서도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

첨부도면 도 1은 본 발명인 국내산 쪽풀 추출 니람을 이용하는 천연분말인디고의 제조방법을 보여주는 공정순서도로서 이에 따르면 본 발명의 천연인디고 제조방법은 쪽풀을 분쇄하는 분쇄공정(S100)을 수행한다. 이때 쪽풀의 분쇄크기는 작을수록 바람직하다.

상기 분쇄공정(S100)에 의해 잘게 분쇄된 쪽풀을 물이 담겨진 용기에 담그고 7일~8일 동안 침지시켜 색소를 추출하는 염액추출공정(S200)을 수행한다.

상기 염액추출공정(S200)을 수행 후 색소가 우러난 쪽풀을 건져내고 소석회를 투여하여 희석시키는 소석회공급공정(S300)을 수행하는데, 이때 상기 소석회의 공급량은 2kg를 사용한다.

상기 물 300리터에 대하여 소석회의 공급량이 2kg 초과하면 얻어지는 니람의 색이 옅어지고 인디고 색소의 함량이 낮아지는 문제점이 있으며, 물 300리터에 대하여 소석회의 공급량이 2kg 미만이면 물속에 녹아 있는 색소의 회수율이 낮아지는 문제점이 있기 때문이다.

상기 색소가 우러난 물에 소석회를 풀어 용해시킨다. 상기 소석회가 용해되면 수중펌프를 담그고 약 5분간 작동시키되 이때 파란색의 거품이 생기다가 점차 소멸될 때까지 펌프를 작동한다.

상기 소석회공급공정(S300) 수행 즉, 수중펌프를 이용하여 용해된 소석회가 골고루 분산되도록 섞은 후 약 2~3일간 침지시키면 하부에 침전물이 생성되며, 이때 윗물을 제거하고 니람(泥藍)을 분리하여 획득하는 니람분리수거공정(S400)을 수행한다. 상기와 같이 300리터의 물과 50kg의 쪽풀 및 2kg의 소석회를 사용하여 약 7kg의 니람을 얻을 수 있었다.

이어 국내산 쪽풀로부터 추출된 니람 2kg을 15리터의 물에 풀고 NaOH와 Na₂S₂O₄를 첨가하고 50~70℃로 가열하는 가열공정(S500)을 수행한다.

니람에 섞여 있는 남색의 색소 물질인 인디고는 물에 녹지 않으므로 물에 녹도록 하기 위하여 Na₂S₂O₄와 NaOH를 첨가하면 아래 반응식과 같이 환원된다.

[반응식 2]

상기 니람에 섞여 있는 남색의 색소 물질인 인디고는 물에 녹지 않으며, 를 첨가하면 환원되어 hydroquinone 형으로 바뀌는데 hydroquinone 형도 물에 녹지 않는다. NaOH를 첨가함으로써 비로소 물에 녹는 형태인 Leuco 화합물로 변한다.

이때 상기 가열공정(S500)은 니람(泥藍) 2kg을 15리터의 물에 풀고 NaOH 60g과 Na₂S₂O₄ 150g을 넣고 10분간 교반하여 충분히 혼합되도록 하고 이후 지정된 온도에서 10분간 가열하면 물에 녹지 않는 인디고(indigo)는 물에 녹는 Leuco 화합물로 되며 12시간 정치하면 바닥에 소석회가 가라앉고, 상등액에는 Leuco 화합물이 섞여 있으므로 상등액을 취하면 소석회를 분리시킬 수 있게 된다.

상기에 있어서 Na₂S₂O₄를 너무 많이 넣으면 과환원 되어 색이 변하는 원인이 되고 적게 가하면 환원 부족 현상이 나타나며, 또한 NaOH를 너무 적게 넣으면 hydroquinon 형의 인디고(indigo)가 모두 Leuco 화합물로 바뀌지 않으며, 너무 많이 넣으면 나중에 세척에 많은 물이 소요된다.

일단 Na₂S₂O₄ 또는 NaOH를 투입하여 가열하고 12시간 이상 방치하여 냉각시키면 인디고의 수용성 화합물인 로이코(Leuco) 화합물은 상등액에 용해되어 있으며 바닥에는 소석회가 침전되므로 상등액만을 취하여 니람에 함께 섞여 있던 소석회를 제거한 후, 물에 녹는 로이코(Leuco) 화합물을 교반시키면 공기 중의 산소에 의해 산화되어 물에 녹지 않는 화합물인 인디고가 생성된다. 이 과정에 의해 얻어진 인디고(indigo)는 동결건조에 의해 분말로 만들 수 있다.

상기 가열공정 수행 후 12~18시간을 정치한 후 상등액을 분리하여 얻는 상등액분리공정(S600)을 행한 후 얻어진 상등액을 실온에서 교반 후 아세트산을 첨가하여 중화시키는 중화공정(S700)을 행하는데 인디고가 알칼리성에서 잘 용해되며, 중성 및 산성에서 용해되지 않는 성질을 이용하여 최대한 불용성 인디고를 추출할 수 있는 작용을 부여한다.

상기 중화공정(S700)에서 아세트산의 공급량은 니람 100g당 2~4㎖인 것이 바람직한데, 2㎖미만으로 공급하는 경우에는 투입된 알칼리에 비해 아세트산 농도가 낮아 인디고가 미립화 되지 않는 문제점이 발생하며, 4㎖를 초과하는 경우에는 알칼리 조건에서 염색하는 인디고에 대한 알칼리를 투입량 표준화를 위해 세척을 여러번 해야 하는 문제점이 발생한다.

상기 중화공정(S700) 후 상등액을 발색이 촉진되도록 로이코 인디고(leuco indigo)가 충입되어 있는 혼합통을 고속으로 교반하면서 산소수를 점적하여 로이코 인디고가 산소와 반응하여 산화되도록 하는 산화공정(S800)을 수행한다.

기존 특허의 경우, 인디고의 미립화를 위하여 산소수가 충입되어 있는 혼합통에 로이코 인디고 수용액을 분무하는 방식을 사용하였으나, 본 발명에서는 로이코 인디고 혼합통의 교반속도를 높이면서 산소수를 점적하여 공기 중의 산소와 점적된 산소수 모두 로이코 인디고와 반응하면서 단시간에 미립화된 인디고를 얻을 수 있는 장점이 있다

상기 상등액에 용해되어 있는 로이코(Leuco) 화합물과 산소와의 반응식은 아래 반응식 3과 같다.

[반응식 3]

상기 혼합통을 고속으로 교반하면서 산소수를 점적하는 이유는 공기 중의 산소에 의한 산화와 산소수 점적에 따른 산화가 동시에 진행되도록 함으로서 발색을 촉진시켜 안료 생산 효율을 증대시킴과 오랜 시간 보관하여도 색채가 변하지 않게 하기 위함이다.

상기 산화공정(S800) 후 산화되어 상등액에 침전된 침전물을 필터링 하는 필터링에 의해 얻어진 분말을 동결건조하는 동결건조공정(S1000) 순으로 제조한다. 상기와 같은 방법으로 제조하였더니 우수한 수율의 천연인디고 분말을 얻었다.

Claims

천연분말인디고의 제조방법에 있어서,
국내산 쪽풀을 분쇄하는 분쇄공정(S100)과
상기 분쇄된 쪽풀을 물이 담겨진 용기에 담그고 7일~8일 동안 침지시켜 색소를 추출하는 염액추출공정(S200)과
상기 염액추출공정에 의해 색소가 우러난 쪽풀을 건져내고 소석회를 투여하여 희석시키는 소석회공급공정(S300)과
상기 소석회공급공정(S300) 수행 후 2~3일간 침지시켜 니람(泥藍)을 분리하는 니람분리수거공정(S400)과
니람(泥藍) 2kg을 15리터의 물에 풀고 NaOH 60g과 Na₂S₂O₄ 150g을 넣고 10분간 교반한 후, 50~70℃에서 10분간 가열하는 가열공정(S500)과
상기 가열공정 수행 후 12~18시간을 정치한 후 상등액을 분리하여 얻는 상등액분리공정(S600)과
상기 상등액분리공정(S600)에서 얻어진 상등액을 실온에서 교반 후 아세트산을 니람 100g당 2~4㎖ 첨가하여 중화시키는 중화공정(S700)과
상기 중화공정(S700) 후 상등액을 발색이 촉진되도록 로이코 인디고(leuco indigo)가 충입되어 있는 혼합통을 고속으로 교반하면서 산소수를 점적하여 미입자 상태에서 산소와 반응하여 산화되도록 하는 산화공정(S800)과
상기 산화공정(S800) 후 산화되어 상등액에 침전된 침전물을 필터링 하는 분리공정(S900)과
상기 분리공정(S900)에 의해 얻어진 분말을 동결건조하는 동결건조공정(S1000) 순으로 제조하는 것을 특징으로 하는 국내산 쪽풀 추출 니람을 이용하는 천연분말인디고의 제조방법.
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