KR20110008830A - 면직물의 전처리 가공용 친환경 정련제 및 이를 이용한 면직물의 정련 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 면직물의 전처리 공정용 친환경 정련제 및 이를 이용한 면직물의 정련 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 알칼리제를 이용한 화학정련 대신에 갯지렁이로부터 분리한 프로테아제 효소를 이용하여 면직물을 정련처리함으로써 환경오염이 없는 친환경적인 면직물의 전처리 공정용 정련제 및 이를 이용한 면직물의 정련 방법에 관한 것이다.

본 발명의 면직물의 전처리 공정용 정련제는 면직물의 전처리 공정을 수행하기 위한 정련제에 있어서, 갯지렁이로부터 분리한 프로테아제를 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 본 발명은 갯지렁이로부터 분리되어 저온, 계면활성제 등의 극한 조건에서도 활성을 유지하는 프로테아제 효소를 유효성분으로 함유하는 정련제를 이용하여 면직물의 전처리 공정을 수행함으로써 에너지를 절감하고 폐수의 발생이 적은 친환경적인 면직물의 정련제 및 정련 방법을 제공할 수 있다. 또한, 효소 정련된 면직물은 화학정련된 제품에 비하여 촉감이 좋고, 사용시 인체에 유용할 것으로 기대된다.

면직물, 전처리, 정련, 효소, 호발, 침투제, 저온

Description

면직물의 전처리 가공용 친환경 정련제 및 이를 이용한 면직물의 정련 방법{Eco-friendly scouring agent for pre-treatment process of cotton fabrics and scouring method using the same}

본 발명은 면직물의 전처리 공정용 친환경 정련제 및 이를 이용한 면직물의 정련 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 알칼리제를 이용한 화학정련 대신에 갯지렁이로부터 분리한 프로테아제 효소를 이용하여 면직물을 정련처리함으로써 환경오염이 없는 친환경적인 면직물의 전처리 공정용 정련제 및 이를 이용한 면직물의 정련 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제직공정에서 제직능률을 향상시키기 위하여 섬유사에 각종 호부제와 윤활제로 가공하여 제직하고, 제직 후 에는 이들 호부제와 윤활제 및 제직시에 발생되는 오염물질과 이물질을 정련기에서 수세, 탈수하고 정련하여 섬유 본래의 성질과 촉감으로 복원시키는 작업을 수행하게 되는데, 이러한 정련, 표백으로 이루어지는 전처리(preparation) 공정은 섬유 자체의 불순물 및 제사시의 유제, 제직시의 호를 제거하여 섬유의 흡수성과 백도를 높이고 그 화학조성을 균일하게 하여 염색 및 가공이 최적의 조건에서 균일하게 수행될 수 있도록 하여주는 과정이 다.

오늘날에는 섬유기술의 발달로 섬유사의 종류도 다양해지고, 섬유사의 특성에 따라 사용되는 호부제의 종류도 다양하고, 제직기술도 발달하여 제직된 직물의 종류가 다양하고, 조직도 조밀해지고 있다.

이로 인하여 제직된 직물에는 호부제와 윤활제 및 오염상태도 다르게 되어 정련의 공정도 더욱 어려워지고 있으나 이들의 직물을 수세하고 정련하는 방법은 개선되지 못하여 수세 및 탈수와 정련의 고정수가 많아지고 각종 세정제의 사용만 증가하고 있는 문제가 있었다.

이로 인하여 정련 공정에 용수와 열에너지의 소비량이 증가되어 다량의 폐수발생으로 인한 환경오염이 날로 증대되고 있고, 직물의 정련에 필요한 소요비용이 증가되고 있다.

특히, 천연섬유의 경우 자체의 불순물이 많이 함유되어 있을 뿐 아니라, 호제 (10-15%) 및 방사유제, 편직용 유연제 등이 방사, 제직 혹은 편직 공정 중에 가해져 이들 불순물의 철저한 제거가 필요하다.

천연섬유 중 면 섬유는 속내의, 양말, 의복 등의 일상품, 탈지면 등의 의료용품, 주택자재품 등 다양하게 이용된다. 이러한 면섬유는 면화의 종류나 산지에 따라서 다소의 차이가 있지만, 대부분의 경우 천연불순물이 원면에 존재하여 원면의4 ~ 5%를 점한다. 원면섬유는 식물조직의 일종으로서, 원형질의 일부를 포함하고, 셀룰로오스(cellulose)를 주성분으로 하고 있다. 원면섬유는 1차 세포벽과 이를 덮고 있는 2차 세포벽으로 구성되어 있는데, 원면섬유의 불순물이 주로 존재하 는 1차벽은 펙틴(pectin), 면왁스(cotton wax), 단백질등을 포함하는 큐티클층(cuticle layer)과 망상층으로 구성된 층상구조를 하고 있다.

식물조직중의 펙틴은 거대분자로서, Ca 2+ 나 Mg 2+ 등의 2가 금속이온과 킬레이트결합으로 다층구조를 형성하고, 최외층의 펙틴사슬은 카르복실기에 의하여 다른 다당류(셀룰로오스 또는 헤미셀룰로오스)의 수산기와 에스테르 결합을 하거나, 인산기를 매개하는 결합을 통해 세포벽과 결합되어 불용성이다. 이렇게 불용화된 펙틴을 프로토펙틴이라고 부른다. 원면섬유의 1차벽에 있어서의 프로토펙틴은 구조유지에 중요한 역할을 하고 있고, 불순물질상의 형성에 직접관여하고 있다. 원면 섬유의 뻣뻣한 촉감은 프로토펙틴의 성질이 반영되어 생기는 것이라고 생각된다.

원면에 포함된 불순물을 제거하기 위하여 종래부터 사용되는 화학정련법은 수산화나트륨(0.1N)의 용액중에 면섬유를 침적하여 90 ~ 100℃의 고온에서 가열처리하는 소다정련법이다. 화학정련법에서는 열알칼리가 면섬유의 1차막을 분해하는데 주목하여 개발되었으나, 산성처리조건이어서 셀룰로오스 섬유가 손상되기 쉽고, 반응 pH나 온도가 과격하여 작업환경의 안전성이 낮고, 폐수가 환경오염의 원인이 되고 있다. 또한, 고온의 수세수를 이용하므로 에너지 비용이 높은 문제점 등이 지적되어 왔다.

따라서 에너지 비용을 절감하고 폐수의 발생이 없는 친환경적인 전처리 공정에 대한 요구가 지속적으로 있어 왔다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 갯지렁이로부터 분리되어 저온, 계면활성제 등의 극한 조건에서도 활성을 유지하는 프로테아제를 유효성분으로 함유하여 에너지를 절감하고 폐수의 발생이 적은 친환경적인 면직물의 전처리 공정용 정련제 및 이를 이용한 면직물의 정련 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면직물의 전처리 공정용 친환경 정련제는 면직물의 전처리 공정을 수행하기 위한 정련제에 있어서, 갯지렁이로부터 분리한 프로테아제를 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 정련제는 침투제를 더 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면직물의 정련방법은 갯지렁이로부터 분리한 프로테아제를 유효성분으로 함유하는 정련제를 물에 혼합한 후 원단을 침적하여 정련하는 제 1정련단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1정련단계는 상기 원단 100중량부에 대하여 25 내지 45℃의 저온의 상기 물 500 내지 700중량부와, 상기 정련제 1 내지 7중량부로 혼합되며, 상기 제 1정련단계는 급수 및 배수를 3회 내지 5회 반복하여 정련하는 것을 특징으로 한다.

상기 정련제는 침투제를 더 함유하며, 상기 정련제는 상기 프로테아제 55 내지 65중량%, 상기 침투제 45 내지 35중량%을 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1정련단계에서 1차 정련된 원단 100중량부에 대하여 물 500 내지 700중량부와, 소다회 1 내지 5중량부와, 침투제 1 내지 3중량부를 혼합한 후 2차 정련하는 제 2정련단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 본 발명은 갯지렁이로부터 분리되어 저온, 계면활성제 등의 극한 조건에서도 활성을 유지하는 프로테아제 효소를 유효성분으로 함유하는 정련제를 이용하여 면직물의 전처리 공정을 수행함으로써 에너지를 절감하고 폐수의 발생이 적은 친환경적인 면직물의 정련제 및 정련 방법을 제공할 수 있다.

또한, 효소 정련된 면직물은 화학정련된 제품에 비하여 촉감이 좋고, 사용시 인체에 유용할 것으로 기대된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 면직물의 전처리 공정용 친환경 정련제 및 이를 이용한 면직물의 정련 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 면직물은 100%순면으로 이루어진 직물 외에도 면 및 폴리에스테르의 혼방직물 등 그 밖의 면혼방직물을 포함한다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 면직물의 면직물의 전처리 공정을 수행하기 위한 정련제는 효소로서 프로테아제와, 침투제로 이루어진다.

프로테아제(protease)는 생체 내에서 소화, 흡수, 방어 등의 다양한 기능을 하고 있으며 활성 자리의 구조에 따라 세린 프로테아제, 시스테인 프로테아제, 아 스파르트산 프로테아제 그리고 메탈로프로테아제(metalloprotease)로 구분된다. 프로테아제는 그 용도가 다양하여 혈전의 용해 등과 같은 인류의 질병 치료용 이외에도 의류용 세제의 성분, 콘택트 렌즈 세정제의 성분으로 이용될 뿐만 아니라 우유 단백질의 변형, 견섬유의 고무질 제거 (silk degumming), 사료의 개선, 가죽의 침지 (soaking), 제모 (unhairing) 등에 실로 다양하게 이용되고 있다.

본 발명에서는 한국의 갯벌에 서식하고 있는 갯지렁이로부터 분리된 프로테아제를 이용한다. 상기 프로테아제는 약 28 kDa에서 30 kDa의 분자량을 가지며 피브린 분해 활성이 있는 세린 계열의 프로테아제이다. 갯지렁이로부터 분리된 프로테아제는 단백질 분해 활성이 뛰어날 뿐 아니라, 극심한 물리적, 화학적 조건에서도 효소 활성을 유지한다.

프로테아제를 분리하기 위해 흰이빨참갯지렁이(Periserrula leucophryna)를 잘게 자르고 2배 부피의 20 mM 인산나트륨 완충액 (pH 7.5)을 가한 후, 16 시간동안 저어주었다. 이를 10,000 rpm에서 30분 동안 원심 분리하여 상층액을 취한 다음, 이 상층액을 40℃에서 10 분간 가열하였다. 다시 10,000 rpm에서 30 분 동안 원심 분리 후 상층액을 취하여 갯지렁이의 조효소액을 제조하였다.상기 조효소액을 최종 농도 30%가 되도록 황산암모늄을 가한 후 30분동안 저어주고, 10,000 rpm에서 30 분 동안 원심 분리하여 상층액을 취하였다. 다시 최종 농도 80%가 되도록 황산암모늄을 가한 후 30분간 저어주고, 10,000rpm에서 30분 동안 원심 분리한 다음 침전물을 회수하여 증류수에 녹였다. 이를 다시 10,000 rpm에서 30분 동안 원심 분리하여 상층액을 취함으로써, 30∼80% 황산암모늄 분획을 얻었다. 상기 황산암모늄 분획을 다양한 칼럼 크로마토크래피를 사용하여 정제하여 본 발명의 이용되는 프로테아제를 얻는다. 프로테아제의 분리방법은 등록특허 제 0326941호에 구체적으로 개시되어 있다.

면직물에 프로테아제 효소를 충분히 침투시키기 위해 프로테아제와 함께 침투제를 이용한다. 효소의 침투가 충분하지 않는 경우 정련된 면포의 친수성이 불균일하여, 염색얼룩이 생기는 원인이 될 수 있다. 침투제로 효소의 활성에 악영향을 미치지 않는 것이라면 특별히 제한이 없으나, 바람직하게는 공지의 비이온 또는 음이온 계면활성제를 이용한다. 계면활성제로 대원화학의 HK100, CIBA의 Irgapadol PR, 동아유화의 DGA, Dexter의 Clavodene, Actiron AT-2, 옥틸글루코시드 (octylglucoside), Triton X-100, Brij-35, 현대화학의 HK-600 등 합성 계면활성제 또는 천연 계면활성제를 이용할 수 있다.

본 발명의 정련제는 프로테아제 55 내지 65중량%, 침투제 45 내지 35중량%로 이루어진다. 상술한 바와 같이 갯지렁이로부터 분리된 프로테아제는 침투제와 함께 혼합되더라도 효소 활성에 큰 영향을 받지 않으므로 기존의 효소에 비해 침투제의 양을 늘릴 수 있는 장점을 가진다. 이는 도 3의 그래프에 나타난 바와 같이 SDS계면활성제(sodium dodecyl sulfate)의 농도에 따른 효소활성에 있어서 본 발명에 적용된 프로테아제 효소는 좌측 그래프에 나타난 통상적인 정련제용 단백질 분해효소에 비해 계면활성제에 의한 영향을 크게 받지않는 것을 알 수 있다.

정련제에 함유된 프로테아제는 정련시 원단 100중량부에 대하여 0.55 내지 4.55중량부의 비율로 첨가되는 것이 바람직하다. 따라서 정련제를 원단 100중량부 에 대하여 1 내지 7중량부의 비율로 물에 혼합하여 이용한다. 정련제의 혼합량이 1중량부 미만이면 정련효과를 실질적으로 가질 수 없고, 7중량부를 초과하면 혼합량에 비해 정련효과의 상승이 낮다.

또한, 발명의 정련제의 함유된 프로테아제는 도 2에 도시된 바와 같이 pH 4 내지 12의 넓은 범위에서 효소 활성을 거의 잃지 않는다. 따라서 종래와 같이 pH조절제를 이용하여 인위적으로 pH를 조절할 필요가 없다. 다만, pH를 조절할 필요가 있는 경우 인산칼륨등의 통상적인 pH조절제를 첨가할 수 있다.

이하, 상기의 정련제를 이용한 본 발명의 면직물의 정련 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 면직물의 정련방법은 제 1 및 제 2정련단계로 나뉜다.

먼저, 제 1정련단계는 정련제 및 계면활성제를 혼합한 물을 정련기에 채운 다음 면직물 원단을 정련기에 투입, 침적시켜 정련처리한다. 정련기는 배치타입의 액류 염색기, 세미배치타입의 정련기 및 연속정련기 등을 이용할 수 있다.

제 1정련단계는 원단 100중량부에 대하여 물 500 내지 700중량부와, 상기 정련제 1 내지 7중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 특히, 제 1정련단계에서 사용된 물은 25 내지 45℃의 저온의 물을 이용하는 것을 특징으로 한다. 이는 정련제에 함유된 프로테아제 효소가 상온의 수돗물을 이용하더라도 효소활성이 크게 저하되지 않기 때문이다. 도 1의 그래프에 나타난 바와 같이 35 내지 45℃에서 효소활성이 높다가 45℃에서부터 효소활성은 점점 낮아지다가 55℃에서 급격하게 감 소됨을 알 수 있다. 그리고 비록 그래프에 나타나지 않았지만 실험에 의하면 15℃에서도 약 50%이상의 활성을 갖는 것으로 나타났다. 이와 같이 본 발명에 적용된 프로테아제는 저온에서도 효소의 활성이 높으므로 종래와 같이 고온의 물을 이용하는 것에 비해 에너지 소비량을 크게 줄일 수 있다.

바람직하게 상기 제 1정련단계는 급수 및 배수를 3회 내지 5회 반복하여 정련한다. 가령 4회에 걸쳐 급수 및 배수를 하는 경우, 정련기에 정련제, 계면활성제를 혼합한 물을 급수하고 원단을 투입한 다음 약 30분간 1차 세척을 실시한다. 그리고 물을 배수하여 탈수한 다음 1차세척과 동일한 방법으로 2차, 3차 및 4차 세척을 실시하여 제 1정련단계를 수행한다. 상기 제 1정련단계는 급수와 배수을 거듭하여 오염물질을 배출하고 원단을 보다 깨끗하게 하여 면직물의 상품성을 높일 수 있고 다음 제 2정련단계에서의 정련을 보다 용이하게 하기 위함이다.

상기와 1차 정련과정에서 화학정련에 의한 환경오염 없이 프로테아제 효소에 의해 섬유 자체의 불순물인 펙틴, 왁스, 프로테인 및 제사시의 유제, 제직시의 호 등을 효과적으로 제거한다. 상기 1차 정련과정을 통해 통상적인 호발과정이 함께 이루어질 수 있다.

본 발명의 정련 방법은 상기 1차 정련과정만으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 1차 정련 후 2차 정련을 수행한다.

2차정련은 정련기에 원단 100중량부에 대하여 물 500 내지 700중량부와, 소다회 1 내지 5중량부와, 침투제 1 내지 3중량부를 혼합한 후 1차정련된 원단을 투입하여 침적시켜 정련처리한다.

2차정련에서 사용되는 소다회는 바람직하게 옥수수 등의 식물로부터 추출된 공지의 천연소다회를 이용한다. 그리고 침투제로 상술한 1차 정련에서 사용된 계면활성제를 이용할 수 있다. 2차정련과정에서는 인산칼륨 등의 통상적인 pH조절제를 첨가하여 pH를 조절할 수 있다.

상기 2차 정련과정은 정련기에 소다회, 계면활성제를 약 95℃의 물에 혼합하고 원단을 투입한 다음 1차 세척 후 배수 및 탈수한다. 그리고 1차세척과 동일한 방법으로 2차, 3차 세척을 실시한다. 2차 및 3차 세척시에는 실온의 물을 이용한다. 이와 같이 프로테아제 효소에 의해 1차 정련된 원단을 다시 천연소다회를 이용하여 2차 정련함으로써 환경오염 없이 1차 정련시에 제거되지 않은 불순물까지도 제거함으로써 정련효율을 크게 향상 시킨다.

이상에서 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 적용된 프로테아제 효소의 활성에 미치는 온도의 영향을 나타내는 그래프이고,

도 2는 본 발명에 적용된 프로테아제 효소의 활성에 미치는 pH의 영향을 나타내는 그래프이고,

도 3은 본 발명에 적용된 프로테아제 효소의 활성에 미치는 계면활성제의 영향을 나타내는 그래프이다.

Claims (6)

1. 면직물의 전처리 공정을 수행하기 위한 정련제에 있어서,

   갯지렁이로부터 분리한 프로테아제 효소를 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 면직물의 전처리 공정용 정련제.
2. 제 1항에 있어서, 상기 정련제는 침투제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 면직물의 전처리 공정용 정련제.
3. 갯지렁이로부터 분리한 프로테아제 효소를 유효성분으로 함유하는 정련제를 물에 혼합한 후 원단을 침적하여 정련하는 제 1정련단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 면직물의 정련 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1정련단계는 상기 원단 100중량부에 대하여 25 내지 45℃의 저온의 상기 물 500 내지 700중량부와, 상기 정련제 1 내지 7중량부로 혼합되며,

   상기 제 1정련단계는 급수 및 배수를 3회 내지 5회 반복하여 정련하는 것을 특징으로 하는 면직물의 정련 방법.
5. 제 3항에 있어서, 상기 정련제는 침투제를 더 함유하며,

   상기 정련제는 상기 프로테아제 55 내지 65중량%, 상기 침투제 45 내지 35중량%을 함유하는 것을 특징으로 하는 면직물의 정련 방법.
6. 제 3항에 있어서, 상기 제 1정련단계에서 1차 정련된 원단 100중량부에 대하여 물 500 내지 700중량부와, 소다회 1 내지 5중량부와, 침투제 1 내지 3중량부를 혼합한 후 2차 정련하는 제 2정련단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면직물의 정련 방법.

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