KR20040035312A

KR20040035312A - 반응형 음이온화제와 황벽추출색소를 이용한 섬유의염색방법

Info

Publication number: KR20040035312A
Application number: KR1020020064405A
Authority: KR
Inventors: 임용진; 김태경; 윤석한; 정영한
Original assignee: 한국염색기술연구소
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-04-29
Also published as: KR100513565B1

Abstract

본 발명은 면, 모시, 삼베, 레이온 등과 같이 특별한 음이온(-)기를 가지지 않는 섬유에, 섬유와 공유결합을 형성할 수 있는 반응성기와 양이온(+)을 갖는 황벽추출색소와 이온결합할 수 있는 음이온(-)기를 함께 갖는 반응형 음이온화제를 전처리하여 섬유와 반응형 음이온화제간 공유결합을 형성시킨 후, 공유결합이 형성된 섬유를 황벽추출색소로 염색함으로써, 섬유가 다수의 음이온(-)기를 갖게 되어 양이온(+)기를 갖는 황벽추출색소와 서로 정전기적 인력에 의해 결합함으로써 베르베린의 염착량을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수세시에도 염료가 제거되지 않도록 한 것으로, 황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법에 있어서, 물 87.5∼94.3중량%에 황산나트륨 5∼10.0중량%, 탄산나트륨 0.5∼1.5중량% 및 반응형 음이온화제 0.2∼1.0중량%를 용해하는 단계(S1)와; 용해된 수용액에 일정량의 섬유를 30∼40℃의 온도범위에서 1∼2시간 침지시켜 섬유와 반응형 음이온화제 사이에 공유결합이 형성되도록 하는 단계(S2)와; 공유결합이 형성된 섬유를 물로 수회 세척하는 단계(S3)와; 물 94.0∼99.8중량%에 탄산나트륨 0.1∼1.0중량%를 용해시킨 후, 다시 황벽추출색소 0.1∼5.0중량%를 용해시켜 염료를 준비하는 단계(S4)와; 준비된 염료로 반응형 음이온화제 처리 및 세척된 섬유를 35∼45℃의 온도범위에서 30∼50분간 염색하는 단계(S5)와; 염색된 섬유를 수세하는 단계(S6); 및 수세된 섬유를 건조하는 단계(S7)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반응형 음이온화제와 황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법이다.

Description

반응형 음이온화제와 황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법{Dyeing Process of fibers using reactive anionic agent and Amur cork tree extract}

본 발명은 반응형 음이온화제와 황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 면, 모시, 삼베, 레이온 등과 같이 특별한 음이온(-)기를 가지지 않는 섬유에, 섬유와 공유결합을 형성할 수 있는 반응성기와 양이온(+)을 갖는 황벽추출색소와 이온결합할 수 있는 음이온(-)기를 함께 갖는 반응형 음이온화제를 전처리하여 섬유와 반응형 음이온화제간 공유결합을 형성시킨 후, 공유결합이 형성된 섬유를 황벽추출색소로 염색함으로써, 섬유가 다수의 음이온(-)기를 갖게 되어 양이온(+)기을 갖는 황벽추출색소와 서로 정전기적 인력에 의해 결합함으로써 베르베린의 염착량을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수세시에도 염료가 제거되지 않도록 한 것이다.

일반적으로 면직물이나 모시, 삼베를 비롯하여 실크, 양모 등의 섬유들을 염색하기 위하여 천연염재 중 하나인 황벽으로부터 추출된 황벽추출물을 이용하고 있으며, 상기 황벽추출물에는 주요 염료성분인 밝은 노란색의 베르베린(berberine)이라는 천연염료가 다량 함유되어 있다.

그러나 베르베린은 하기 화학구조에서도 알 수 있는 바와 같이, 분자 구조내에 양이온(+)을 띠는 질소원자(N)을 가지고 있어, 실크나 양모, 나일론 등과 같이 분자구조내에 카르복시산(-COOH ↔-COO+ H⁺)과 같은 음이온(-)기를 갖는 섬유에는 정전기적 인력에 의한 이온결합을 통해 염색이 잘되지만, 특별한 음이온(-)기를 가지지 않는 면직물이나 모시, 삼베, 레이온과 같은 셀룰로오스 섬유에는 거의 염색이 되지 않는 문제점을 가지고 있다.

[화학구조]

베르베린(berberine)의 화학구조

종래에는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 면직물 등의 셀룰로오스 섬유를 염색전에 탄닌산(tannic acid)으로 매염한 후, 다시 탄닌산으로 매염된 셀룰로오스 섬유를 황벽추출색소인 베르베린으로 염색하였다.

그러나 상기와 같이 탄닌산으로 매염을 하고 황벽추출색소인 베르베린으로 염색을 한 경우 탄닌산 매염을 하지 않은 경우에 비하여 다소 황벽추출색소 베르베린의 염색이 잘 되기는 했으나 그 정도가 크지 않았으며, 또한 탄닌산의 경우 그 자체가 약간의 어두운 황색을 띠고 있으므로 탄닌산 매염한 면직물 등에 베르베린으로 염색을 하면 베르베린 고유의 밝은 노란색이 나타나지 않고 어두운 오렌지 색상이 염색될 뿐만 아니라, 물에 대한 용해성이 우수한 탄닌산은 섬유와 고착을 하는 것이 아니라 단지 흡착되어 있어 세탁시에 지속적으로 제거됨으로써 탄닌산 자체는 물론 염료인 베르베린까지도 같이 제거되어 세탁견뢰도(세탁에 대한 내구성)가 아주 낮은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 황벽추출색소의 염색성이 좋지 못했던 종래의 염색방법이 지닌 제반 문제점을 해결하기 위하여, 면, 모시, 삼베, 레이온 등과 같이 특별한 음이온(-)기를 가지지 않는 섬유에, 섬유와 공유결합을 형성할 수 있는 반응성기와 양이온(+)을 갖는 황벽추출색소와 이온결합할 수 있는 음이온(-)기를 함께 갖는 반응형 음이온화제를 전처리하여 섬유와 반응형 음이온화제간 공유결합을 형성시킨 후, 공유결합이 형성된 섬유를 황벽추출색소로 염색함으로써, 섬유가 다수의 음이온(-)기를 갖게 되어 양이온(+)기을 갖는 황벽추출색소와 서로 정전기적 인력에 의해 결합함으로써 베르베린의 염착량을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수세시에도 염료가 제거되지 않도록 한 반응형 음이온화제와 황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 반응형 음이온화제와 황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법을 나타낸 순서도.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 반응형 음이온화제와 황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법은, 물 87.5∼94.3중량%에 황산나트륨 5∼10.0중량%, 탄산나트륨 0.5∼1.5중량% 및 반응형 음이온화제 0.2∼1.0중량%를 용해하는 단계(S1)와; 용해된 수용액에 일정량의 섬유를 30∼40℃의 온도범위에서 1∼2시간 침지시켜 섬유와 반응형 음이온화제 사이에 공유결합이 형성되도록 하는 단계(S2)와; 공유결합이 형성된 섬유를 물로 수회 세척하는 단계(S3)와; 물 94.0∼99.8중량%에 탄산나트륨 0.1∼1.0중량%를 용해시킨 후, 다시 황벽추출색소 0.1∼5.0중량%를 용해시켜 염료를 준비하는 단계(S4)와; 준비된 염료로 반응형 음이온화제 처리 및 세척된 섬유를 35∼45℃의 온도범위에서 30∼50분간 염색하는 단계(S5)와; 염색된 섬유를 수세하는 단계(S6); 및 수세된 섬유를 건조하는 단계(S7)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 반응형 음이온화제와 황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법을 나타낸 순서도로서, 반응형 음이온화제의 용해(S1), 섬유와 반응형 음이온화제 간에 공유결합형성(S2), 세척(S3), 염료준비(S4), 염색(S5), 수세(S6) 및 건조단계(S7)로 이루어진다.

먼저, 물에 황산나트륨, 탄산나트륨 및 반응형 음이온화제를 용해(S1)한다.

황산나트륨의 배합비가 5.0중량% 미만이면 반응형 음이온화제가 섬유에 최대한 고착되지 않고 10.0 중량%를 초과하면 오히려 반응형 음이온화제나 황산나트륨이 다 용해되지 않으며, 탄산나트륨이 0.5중량% 미만이면 반응형 음이온화제의 섬유에 대한 반응이 충분히 일어나지 않고, 1.5중량%를 초과하면 과량이 되어 경제성이 좋지 못할 뿐 아니라 고착된 음이온화제가 다시 가수분해되어 섬유로부터 분리되었다. 또한 반응형 음이온화제는 섬유에 음이온성을 부여하기 위한 것이므로 0.2중량% 미만이면 충분한 양의 음이온기가 섬유에 부여되지 못하므로 황벽추출색소로 염색시 충분한 염색이 이루어지지 않아 색상이 연해지며, 1.0중량%를 초과하여 사용하더라도 더 이상 음이온화제가 섬유와 반응하지 않으므로 음이온화제가 손실되어 경제성이 좋지 못한 문제점이 있으므로, 물 87.5∼94.3중량%에 황산나트륨 5∼10.0중량%, 탄산나트륨 0.5∼1.5중량% 및 반응형 음이온화제 0.2∼1.0중량%를 용해하는 것이 바람직하다.

이 때 반응형 음이온화제는로 표시되는 합성 음이온화제를 구조식로 표시되는 시아누릭 클로라이드를로 표시되는 술파닐산과 반응시켜 합성한다.

이 후, 반응형 음이온화제가 용해된 수용액에 일정량의 섬유를 침지시켜 섬유와 반응형 음이온화제 사이에 공유결합이 형성되도록(S2) 함으로써 섬유가 많은 음이온기를 갖도록 한다. 이 때 반응형 음이온화제는 저온반응형으로 상온에서도쉽게 셀룰로오스 섬유와 결합가능하여 별도의 열을 가할 필요는 없으나, 황산나트륨과 같은 첨가조제 및 반응형 음이온화제의 용해나 처리의 균일성 등을 고려할 때 30∼40℃의 온도에서 1∼2시간 처리하는 것이 바람직하다.

이 때 처리의 효율성을 고려하면 섬유와 처리액의 욕비(섬유의 무게 : 처리액의 무게)를 1:20으로 하는 것이 바람직하나 반드시 이를 제한하는 것은 아니다.

상기 음이온화제의 처리온도가 30℃ 미만일 경우는 첨가조제 및 반응형 음이온화제가 충분히 용해되지 않을 수 있을 뿐 아니라 처리시간이 길어지고, 40℃를 초과하면 별도의 가열수단으로 가열해야 하므로 경제성이 좋지 못하며 음이온화제의 섬유에 대한 고착율이 감소하는 문제점이 발생된다.

또한 처리시간이 1시간 미만이면 음이온화제와 섬유 사이에 충분한 공유결합이 형성되지 못하고, 2시간을 초과하면 생산성이 저하되므로 1∼2시간 처리하는 것이 바람직하다.

반응형 음이온화제와 공유결합이 형성된 섬유를 물로 수회 세척(S3)하여 여분의 음이온화제를 제거하도록 하는 바, 반응형 음이온화제는 섬유와 공유결합을 형성하여 고착된 상태이어서 아무리 세척하여도 떨어져 나오지 않게 되므로 섬유의 세척 방법에 제한을 두지 않는다.

상기와 같은 방법으로 섬유에 음이온화제를 처리한 후, 일정량의 물에 탄산나트륨과 황벽추출색소를 용해시켜 염료를 준비(S4)한다.

염료의 배합비율은 황벽추출색소가 0.1중량% 미만이면 색이 충분히 표현되지 않고, 5중량%를 초과하면 많은 양의 색소를 사용해도 색의 농도가 더이상 진해지지않으며, 탄산나트륨의 배합비가 0.1중량% 미만이면 황벽추출색소의 염착성이 떨어지며, 1.0중량%를 초과하면 염료가 분해되어 색상이 변할 우려가 있으므로, 물 94.0∼99.8중량%에 탄산나트륨 0.1∼1.0중량% 및 황벽추출색소 0.1∼5.0중량%로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 준비된 염료를 이용하여, 미리 준비해 둔 섬유를 염색(S5)하는 바, 염색온도가 35℃ 미만이면 염색성이 좋지 못하고 45℃를 초과하면 열을 가함으로써 제조원가가 상승될 뿐만 아니라 천연염료인 황벽추출색소가 파괴되어 색상이 변할 우려가 있으며, 염색시간이 30분 미만이면 염료가 충분히 고착되지 못하고 50분을 초과하면 생산성이 저하되므로, 35∼45℃의 온도범위에서 30∼50분간 염색하는 것이 바람직하다.

이 때 앰색의 효율성을 고려하면 섬유와 앰색액의 욕비는 1: 30으로 하는 것이 바람직하나 반드시 이를 제한하는 것은 아니다.

염색된 섬유를 냉수로 수세(S6)하고 건조(S7)함으로써 섬유의 염색을 완료한다.

상기와 같은 방법으로 염색된 섬유는 냉수세시 염료가 한 번 씻겨 나온 후에는 더 이상 염료가 빠져나오지 않으면서도, 높은 채도와 농도를 갖는다.

본 발명에서 사용된 반응형 음이온화제는 다음과 같은 특징을 갖는다.

본 발명의 반응형 음이온화제는 면이나 모시, 삼베, 레이온 등의 셀룰로오스 섬유와 공유결합을 형성할 수 있는 반응성기를 가지면서, 동시에 양이온을 갖는 황벽추출색소인 베르베린과 이온결합할 수 있는 음이온성기도 갖는 것으로 다음과 같은 반응식을 통해 합성된다.

반응형 음이온화제의 합성반응

상기 반응식을 통해 합성된 반응형 음이온화제는 하기와 같은 반응을 통하여 셀룰로오스 섬유(Cellulose-OH)와 상온에서도 쉽게 공유결합을 형성하여 고착시킬 수 있음으로써 섬유에 처리가 용이하면서도 수세시에 전혀 씻겨나가지 않는 것이다.

반응형 음이온화제와 셀룰로오스 섬유와의 반응

또한 본 발명의 반응형 음이온화제는 완전히 백색이므로 염료의 색상에도 전혀 영향을 미치지 않으면서도 셀룰로오스 섬유에 처리된 반응형 음이온화제의 음이온기(-SO₃Na <=> -SO3^-+ Na⁺)에 양이온의 황벽추출색소가 서로 정전기적 인력에 의해 결합함으로써 염료의 염착량을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

이하 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

(실시예 1)

반응형 음이온화제 합성

아세톤 40ml에 염화시안우릴(cyanuric chloride) 0.03mole(5.7g)을 용해시킨 용액을, 증류수 90g과 분쇄한 얼음 90g를 섞은 물에 10분에 걸쳐 교반하면서 첨가하고, 다시 2N의 염산수용액 0.6ml를 첨가하여 pH 1∼2가 되도록 하였다. pH 1∼2가 된 염화시안우릴 분산액에, 술파닐산(sulfanilic acid) 0.03mole(5.20g)과 탄산나트륨 0.0016 mole(1.73g)을 증류수 48ml에 완전히 녹인 용액을 첨가하고, 다시 여기에 20% 탄산나트륨 수용액을 첨가하여 pH 6이 되도록한 후 60분간 교반하였다. 상기의 반응이 끝난 후에는 반응물을 진공 여과 및 아세톤으로 수회 여과 세척하고, 이를 진공 건조하여 반응형 음이온화제를 얻었다.

면직물에 반응형 음이온화제 처리

물 20ml에 황산나트륨 2.0g, 탄산나트륨 0.2g 및 반응형 음이온화제 0.1g을 완전히 용해시킨 후, 이 용액에 면섬유 1g을 넣고 35℃로 유지하면서 1시간 동안 침지시켜 면섬유와 반응형 음이온화제간에 공유결합을 형성시키고, 공유결합이 형성된 면섬유를 맑은 물에 3회 세척하였다.

음이온화제 처리한 면섬유에 황벽추출색소로 염색

물 30ml에 탄산나트륨 0.05g을 용해시킨 후 황벽추출색소를 0.2g 첨가하여 충분히 용해시키고, 음이온화제 처리한 면직물 1g을 넣고 40℃에서 40분간 염색하고, 냉수로 충분히 수세한 후 건조하여 염색된 섬유를 얻었다.

상기 실시예와의 비교를 위한 비교예는 다음과 같은 조건으로 처리하였다.

(비교예 1)

아무것도 처리하지 않은 면섬유를 실시예 1과 같은 방법으로 황벽추출색소로 염색하였다.

(비교예 2)

물 20ml에 탄닌산 0.1g을 용해시킨 탄닌산 수용액을 실시예 1의 반응형 음이온화제와 같은 방법으로 면섬유에 처리한 후, 탄닌산 처리된 면섬유를 실시예 1과 같은 방법으로 황벽추출색소로 염색하였다.

(비교예 3)

물 20ml에 탄닌산 0.3g을 용해시킨 탄닌산 수용액을 실시예 1의 반응형 음이온화제와 같은 방법으로 면섬유에 처리한 후, 탄닌산 처리된 면섬유를 실시예 1과 같은 방법으로 황벽추출색소로 염색하였다.

(비교예 4)

물 20ml에 탄닌산 0.5g을 용해시킨 탄닌산 수용액을 실시예 1의 반응형 음이온화제와 같은 방법으로 면섬유에 처리한 후, 탄닌산 처리된 면섬유를 실시예 1과 같은 방법으로 황벽추출색소로 염색하였다.

하기의 그래프는 상기한 실시예 및 비교예의 염색성 증가정도를 염색포의 농도(K/S)로 나타낸 것이다.

[그래프]

음이온화제 처리시와 탄닌산 처리시의 베르베린의 염색성 비교

*( )안의 수치는 비교예1의 K/S 값에 대한 비율

상기 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 아무것도 처리하지 않은 면직물을 황벽추출색소로 염색한 비교예 1의 경우에는 K/S값이 0.36으로 사실상 거의 염색이 되지 않았으며, 탄닌산의 농도를 높여가며 처리한 경우는 K/S값이 각각 0.78, 1.64, 1.93으로 비교예 1에 비하여 2.2배, 4.6배, 5.4배로 점차 높아지고 있지만, 반응형 음이온화제로 처리한 실시예의 경우에는 K/S값이 8.27로서 미처리의 경우에 비해 23배나 높은 값을 나타내었으며, 동일 농도의 탄닌산으로 처리한 경우에 비해서도 10배 이상 높은 K/S값을 나타냄으로써 황벽추출색소가 아주 진하게 염색되었음을 알 수 있었다.

이상에서와 같이 본 발명을 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이 본 발명의 반응형 음이온화제와 황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법에 의하면, 면, 모시, 삼베, 레이온 등과 같이 특별한 음이온(-)기를 가지지 않는 섬유에, 섬유와 공유결합을 형성할 수 있는 반응성기와 양이온(+)을 갖는 황벽추출색소와 이온결합할 수 있는 음이온(-)기를 함께 갖는 반응형 음이온화제를 전처리하여 섬유와 반응형 음이온화제간 공유결합을 형성시킨 후, 공유결합이 형성된 섬유를 황벽추출색소로 염색함으로써, 섬유가 다수의 음이온(-)기를 갖게 되어 양이온(+)기를 갖는 황벽추출색소와 서로 정전기적 인력에 의해 결합함으로써 베르베린의 염착량을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수세시에도 염료가 제거되지 않도록 하는 등의 유용한 효과를 제공한다.

Claims

황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법에 있어서,

물 87.5∼94.3중량%에 황산나트륨 5∼10.0중량%, 탄산나트륨 0.5∼1.5중량% 및 반응형 음이온화제 0.2∼1.0중량%를 용해하는 단계(S1)와; 용해된 수용액에 일정량의 섬유를 30∼40℃의 온도범위에서 1∼2시간 침지시켜 섬유와 반응형 음이온화제 사이에 공유결합이 형성되도록 하는 단계(S2)와; 공유결합이 형성된 섬유를 물로 수회 세척하는 단계(S3)와; 물 94.0∼99.8중량%에 탄산나트륨 0.1∼1.0중량%를 용해시킨 후, 다시 황벽추출색소 0.1∼5.0중량%를 용해시켜 염료를 준비하는 단계(S4)와; 준비된 염료로 반응형 음이온화제 처리 및 세척된 섬유를 35∼45℃의 온도범위에서 30∼50분간 염색하는 단계(S5)와; 염색된 섬유를 수세하는 단계(S6); 및 수세된 섬유를 건조하는 단계(S7)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반응형 음이온화제와 황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법.
제 1 항에 있어서,

반응형 음이온화제는 구조식로 표시되는 시아누릭 클로라이드를로 표시되는 술파닐산과 반응시켜 된로 표시되는 반응형 음이온화제인 것을 특징으로 하는 반응형 음이온화제와 황벽추출색소를 이용한 섬유의 염색방법.