KR20160071255A - 천연염료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 색소를 함유하는 천연식물을 진공 가열탱크를 이용하여 염료(색소)추출액을 만들고, 그 쪽 염료추출액을 이용하여 빠른 시간에 순도높은 고품질의 쪽 염료를 제조하는 쪽 염료 제조방법에 관한 것으로, 그 구성은, ⓐ 색소를 함유하는 천연식물을 진공 가열탱크에 중량%로 천연식물40-물60 : 물40-천연식물60의 비율로 넣고 가열하여 천연식물의 염료를 추출하는 단계; ⓑ 상기 천연식물의 염료가 추출된 진공탱크의 천연식물과 침전물 및 염료추출액을 분리하고 그 분리된 천연식물 염료추출액을 진공 농축탱크로 옮기는 단계; ⓒ 상기 진공 농축탱크를 40 - 100℃로 가열하여 염료추출액의 수분이 20 - 30% 존재할 때까지 수분을 증발시켜 피염물을 천연염색 하는 농축염료를 마련하는 단계;로 이루어진다.

Description

천연염료 제조방법{Manufacturing method of natural dyestuff}

본 발명은 색소를 함유하는 천연식물을 진공 가열탱크를 이용하여 염료(색소)추출액을 만들고, 그 쪽 염료추출액을 이용하여 빠른 시간에 순도높은 고품질의 쪽 염료를 제조하는 쪽 염료 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 천연염료라 함은 그대로 또는 약간의 가공에 의해서 염료로 쓸 수 있는 것으로서, 천연으로 존재하는 것을 말한다. 보통 광물·동물·식물의 영역에 존재하는데, 그 중에서도 식물에 가장 많고, 다음이 광물이며, 동물에는 약간 존재한다.

식물염료에는 식물체 내에서 염료로 되어 있는 것을 채취하기 때문에 그대로 사용할 수 있는 것과, 상당히 가공해야만 실용화되는 것이 있다. 식물체로는 꽃·잎·줄기·뿌리·과실 등 모든 부분이 이용되며, 세계에서 염료로 이용되는 식물은 문헌상 약 3,000종을 헤아리나, 민속학적 조사가 진척되면 그 수는 배가할 것으로 생각된다.

이들 식물염료를 식물학상으로 보면 종자식물에서 포자식물에까지 걸치며, 종자식물에서는 그 하한이 해조류에까지 이른다. 이들 중에서 유용한 것은 종자식물과 지의류에 많은데, 한국에서도 예로부터 엉거시과의 잇꽃, 마디풀과의 쪽, 콩과의 다목, 꼭두서니과의 치자나무 등이 염료를 채취하는 식물로 알려져 있으며, 감나무에서는 떫은 날감의 즙인 감즙이 염료로 이용되었다.

상기한 바와 같이 식물을 이용한 천연염료는 오래전 부터 사용되어 왔으며, 종래에 제시된 천연염료는 쪽, 치자나무외에도, 오배자, 오리나무, 뽕나무, 감나무, 황벽나무, 정향나무, 밤나무, 도토리, 소목, 홍화, 쑥, 울금, 꼭두서니, 닭의장풀, 지초, 양파 등 수종들이 사용되고 있는 실정이다. 현존하는 식물들은 다양한 색소를 가지고 있어 염료로 사용가능하지만, 천연염료로 사용하기 적합하기 위해서는 염색 후 색이 아름답고 염색견뢰도가 높아야 하며, 쉽게 구할 수 있는것이라야 한다.

또한, 가능한 오랫동안 색소를 보존할 수 있어야 하고, 재배가 쉬워야 하며, 많은양의 원료를 공급받을 수 있는 조건이 충족되야 적합하다고 할 수 있다.

최근 천연염료에 대한 관심이 높아지면서, 보다 미려한 색상을 추출하기 위한 많은 연구가 진행중이다.

등록특허 제0402293호는 자색고구마로부터 색소를 추출하는 단계와; 추출된 색소의 농도를 10~300%(o.w.f.: onthe weight of fiber)로 조정하는 단계와; 상기 농도조정단계에서 온도 30~90°C으로 유지하여 직물을 자동염색기로 염색하는 단계와; 상기 염색단계에서 30~180분 동안 반복 염색하면서 특정한 색상을 위한 염료의 pH를 조정하는 단계를 포함하는 자색고구마 색소를 이용한 섬유의 염색방법을 제시된 바 있고,

등록특허 제267169호에서는 도토리는 물 또는 약간의 알칼리를 첨가하여 pH를 9∼11로 조정한 약 5배의 물과 함께 믹서로 분쇄하여 30분∼1시간 방치하고, 밤껍질 역시 물 또는 약간의 알칼리를 첨가하여 pH를 9∼11로 조정한 약 5배의 물로 100℃에서 30분∼1시간 정도 끓이는 방법으로 색소성분을 추출한 후, 추출액을 여과 및 동결건조 후 분쇄하여 분말상으로 만드는 천연염료 제조방법이 제공된 바 있다.

또한, 등록번호 10-0360142를 갖는 삼백초로부터 항균성 천연염료의 제조방법 및 이 염료를이용한 염색방법에서는 삼백초를 분쇄하는 단계와, 상기의 분쇄물을 1L의 메탄올 또는 증류수로 4시간동안 추출하는 단계와, 상기의 추출물을 100ml로 농축하는 단계를 포함하여 이루어지는 삼백초로부터 항균성 천연염료의 제조방법이 제공된 바 있고, 등록특허 제 764562호에 따르면 생 쪽의 잎을 40 내지 50℃의 온도를 갖는 PH 4.0 내지 4.5의 산성 용액에 소정 시간 침지시켜 침지 용액을 준비하는 단계; 상기 침지 용액에 공기를 공급하고 소정 시간 방치하여 침전물을 생성 시키는 단계; 및 상기 침지 용액으로부터 침전물을 분리하여 건조시키는 단계를 포함하는 쪽 염료의 제조 단계; 및 상기 쪽 염료 및 소듐하이드로설파이트를 물에 첨가하여 혼합하여 염료 혼합액을 준비하는 단계; 및 상기 염료 혼합액의 온도를 30 내지 40 ℃로 유지시킨 후 상기 염료 혼합액으로 명주 섬유를 염색하는 단계를 포함하는 명주 섬유의 염색 방법이 제공된 바 있다.

상기와 같은 현재 제시되고 있는 천연염료에 원료를 공급하는 식물은 주로 초화류나 온대지역의 수종들을 대상으로 개발되고 있으며, 난대수종에 대해서는 측히 다정큼나무, 동백나무, 소귀나무 등에 대해 천연염료로서의 제조가 시도된 바 있으나, 염료의 산업화를 이루기에는 미흡한 실정이다. 또한, 향후 지구의 온난화로 인해 난대림의 북방한계선이 점차 상승되고 있는 바, 난대지역의 확산은 자명한 일이며, 이에 따라 난대식물 자원에 대한 연구가 산림분야를 비롯한 다양한 분야에서 활발히 진행중인 상태이고, 그 영향으로 천연염색 분야에서도 난대수종을 이용한 천연염료의 제조방법 및 이를 보다 효과적으로 염색하기 위한 염색방법의 제공이 시급히 진행되어야 할 것이다.

한국특허공개번호 10-2011-0092503(2011.08.18) 한국특허공개번호 10-2010-0049423(2010.05.12) 한국특허공개번호 10-2011-0062330(2011.06.10)

본 발명은, 색소를 함유하는 천연식물의 색소 성분을 진공 가열탱크를 이용하여 추출함으로써 천연식물의 염료 추출 효율을 높이고, 상기 천연식물의 염료가 추출된 진공탱크의 천연식물과 침전물 및 염료추출액을 분리하고 그 분리된 천연식물 염료추출액을 진공 농축탱크로 옮김 다음 진공농축탱크를 40 - 90로 가열하여 염료추출액의 수분이 20 - 30% 존재할 때까지 진공상태에서 수분을 증발시켜 피염물을 천연염색 하는 농축염료를 마련함으로써 빠른 시간에 순도높은 고품질의 천연식물 염료를 제조할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제 해결 수단 구성은,

ⓐ 색소를 함유하는 천연식물을 진공 가열탱크에 중량%로 천연식물40-물60 : 물40-천연식물60의 비율로 넣고 가열하여 천연식물의 염료를 추출하는 단계;

ⓑ 상기 천연식물의 염료가 추출된 진공탱크의 천연식물과 침전물 및 염료추출액을 분리하고 그 분리된 천연식물 염료추출액을 진공 농축탱크로 옮기는 단계;

ⓒ 상기 진공 농축탱크를 40 - 90℃로 가열하여 염료추출액의 수분이 20 - 30% 존재할 때까지 수분을 증발시켜 피염물을 천연염색하는 농축염료를 마련하는 단계;로 이루어진다.

그리고 상기 ⓒ 단계의 농축염료에 부피비로 농축염료 1 : 물 1 - 농축염료 1 : 물 7의 비율로 공급하고 혼합하고, 상기 ⓒ 단계의 농축염료에 금속분말을 공급하고 혼합하는 단계가 더 추가되며, 상기 농축염료에 혼합되는 금속분말은, 철(Fe), 알루미늄(Al), 동(Cu) 중 어느 하나 또는 2가지 이상이 혼합된 이고, 상기 농축염료과 금속분말의 혼합비는, 피염물 95 - 99.5중량% : 금속분말 0.5 - 5중량%의 비율로 혼합되며, 상기 ⓐ의 염료를 추출하는 단계에서 가열온도는, 40 - 90℃이고, 상기 색소를 함유하는 천연식물은, 녹차, 쪽, 괴화, 황벽, 대황, 메리골드, 울금, 정향, 양파껍질, 치자, 오베자, 연밥, 빈낭, 꼭두서니, 소목, 오배자, 오리나무, 뽕나무, 감나무, 정향나무, 밤나무, 도토리, 쑥을 포함하는 색소을 함유한 식물의 꽃, 열매, 줄기, 껍질, 뿌리 중 어느 하나이다.

상기와 같은 구성으로 제조된 본 발명의 천연식물 염료는 빠른 시간에 순도높은 고품질의 천연염료를 제조할 수 있음은 물론, 천연염료의 제조가 간편하고 또 천연염료를 빠른 시간에 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 천연염료를 제조하는 기본 구성은 아래와 같은 구성으로 이루어진다.

ⓐ 색소를 함유하는 천연식물을 진공 가열탱크에 중량%로 천연식물40-물60 : 물40-천연식물60의 비율로 넣고 가열하여 천연식물의 염료를 추출하는 단계;

ⓑ 상기 천연식물의 염료가 추출된 진공탱크의 천연식물과 침전물 및 염료추출액을 분리하고 그 분리된 천연식물 염료추출액을 진공 농축탱크로 옮기는 단계;

ⓒ 상기 진공 농축탱크를 40 - 90℃로 가열하여 염료추출액의 수분이 20 - 30% 존재할 때까지 수분을 증발시켜 피염물을 천연염색하는 농축염료를 마련하는 단계;로 이루어진다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 천연염료 제조방법의 바람직한 실시예를 각 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

ⓐ 단계

본 발명의 ⓐ 단계는, 색소를 함유하는 천연식물을 진공 가열탱크에 중량%로 천연식물40-60 : 물40-60의 비율로 넣고 가열하여 천연식물의 염료를 추출하는 단계로써, 이는 채취된 천연식물의 이물질을 세척하고 그 세척된 천연식물을 진공 가열탱크에 중량%로 천연식물40 - 물60 : 물 40 - 천연식물60의 비율로 넣고 가열하여 천연식물의 염료(색소)를 추출하는 것이다.

상기 천연식물의 염료를 추출함에 있어 진공 가열탱크를 사용하는 이유는, 천연식물로부터 천연염료의 추출시간과 추출효율을 높이기 위함으로써, 이는 종래 실시하고 있는 대기중에서 천연식물을 물에 침지시켜 천연염료를 추출하는 방법보다 시간적으로는 5배 이상 빨라지고 추출효율은 3배 이상 높아지기 때문이다.

또한 상기 천연식물과 물의 혼합비율을 중량%로 천연식물40 - 60 : 물 40 - 60의 비율로 하는 이유는, 물의 양이 60중량%를 초과하면 천연염료 추출액에서 천연염료의 농도가 너무 연해지는 문제점이 있고, 천연식물이 60중량%를 초과하면 물의 양이 너무 적어 천연식물로부터 천연염료(색소)의 추출이 정상적으로 이루어지지 못하는 문제점이 발생함으로 천연식물과 물의 혼합비는 중량%로 천연식물 40 - 60 : 물 40 - 60의 비율로 함이 바람직하다.

그리고 상기 천연염료를 추출하는 단계에서 가열온도는, 40 - 90℃로 함이 바람직한데, 그 이유는, 40℃ 미만으로 가열하면 천연식물로부터 천연염료의 추출시간이 지연되는 문제점이 발생하여 천연염료 제조시간이 지연되는 문제점이 발생함으로 본 발명의 목적을 달성할 수 없고, 90℃를 초과하면 진공 가열탱크의 진공상태를 유지하기 어려움은 물론, 천연염료(색소)가 파괴될 수 있으며, 불순물이 과다하게 발생함으로 상기 가열온도는, 40 - 90℃로 함이 바람직하다.

한편 상기 40 - 90℃로의 가열시간은 2 - 5시간이면 충분한데, 40℃로 가열할 때에는 최대 5시간이고, 90℃로 가열할 때에는 최소 2시간이면 충분한데, 이와같은 조건은 1톤(t)을 기준으로 한 것이다.

ⓑ 단계

본 발명의 ⓑ 단계는 상기 ⓐ 단계의 천연염료가 추출된 진공 가열탱크로부터 천연식물과 침전물 및 염료추출액을 분리하고 그 분리된 염료추출액을 진공 농축탱크로 옮기는 단계로써, 상기 진공탱크로부터 천연식물과 침전물 및 염료추출액을 분리하는 이유는, 순도 높은 천연염료 추출액 만을 사용하기 위함이다.

상기 진공탱크의 천연식물과 침전물 및 염료추출액을 분리할 때에는 미세 걸름방이나 또는 걸름 천 등을 이용하여 침전물이 발생되지 않도록 걸러주는 것이 바람직한데, 그 이유는, 아래 단계에서 천연염료를 침전시킬 때에 침전물(천연염료)의 순도가 저하되기 때문이다.

ⓒ 단계

본 발명의 ⓒ 단계는 상기 진공 농축탱크를 40 - 90℃로 가열하여 염료추출액의 수분이 20 - 30% 존재할 때까지 수분을 증발시켜 피염물을 천연염색하는 농축염료를 마련하는 단계로써,

상기 가열온도는 40 - 190℃로 함이 바람직한데, 그 이유는, 일반적인 용기에 넣고 끓여 수분을 증발시키면서 농축하면 색소가 고열에 장시간 노출되면서 색소가 파괴 및 다량의 이물질이 발생하는 문제점이 발생함으로 90℃ 미만에서 가열함이 바람직하고, 또 40℃ 미만으로 가열하면 천연염료의 농축시간이 노무 느려지는 문제점이 발생하기 때문이다.

또 상기 수분이 20 - 30% 존재할 때까지 증발시키는데, 그 이유는, 일반적으로 끓여 염료를 추출하여 사용 할 경우 염료 농도가 매우 약하여 여러번 반복하여 피염물을 염착해야 하고 또한 제현성이 떨어져 산업적으로 발전시키기 매우 여렵운 문제점이 있다.

그러나 수분이 20~30% 존재한 다는 것은 색소가 70 - 80%의 고농도 염료라는 것을 의미하는 것으로 원하는 색상을 단 한번에 염색이 가능하며 염료를 물에 희석하여 농도를 조절하여 물감처럼 사용하여 염색 할 수 있으므로 원하는 색상을 자유롭게 제현 할 수 있어 산업적 활용이 매우 크다.

한편 본 발명은 상기 ⓒ 단계에서 마련된 농축염료에 매염제로 금속분말을 공급하고 혼합하는 단계가 더 추가될 수 있는데, 그 이유는, 피염물과 염료가 결합하는 성질 및 염착성을 높이고 염색 견뢰도를 높이며 염료 흡착을 촉진하고 염색 직물의 색상을 높이는 작용을 하기 때문이다.

그리고 상기 농축염료에 혼합되는 금속분말은, 철(Fe), 알루미늄(Al), 동(Cu), 중 어느 하나 또는 2가지 이상이 혼합된 것을 사용할 수 있으며, 상기 철(Fe)의 경우는, 20 - 25℃의 물에 철을 공급하고 일정시간 방치한 뒤 상등수만을 사용하며, 이는 피염물의 짙은 흑색이 나온다.

또 상기 알루미늄(Al)의 경우는, 30 - 40℃의 물에 알루미늄을 공급하고 일정시간 방치한 뒤 상등수만을 사용하며, 이는 밝고 예뿐 색이 발현된다.

또한 동(Cu)의 경우는, 30 - 40℃의 물에 동을을 공급하고 일정시간 방치한 뒤 상등수만을 사용하며, 이는 연녹 색이 발현 된다.

상기 철(Fe)의 사용량은, 중량%로 피염물 99±0.1중량% : 철 1±0.1중량%가 바람직하고, 알루미늄(Al) 사용량은, 중량%로 피염물 95±0.1중량% : 알루미늄 5±0.1중량%가 바람직하며, 동(Cu)의 사용량은, 피염물 97±0.3중량% : 동 3±0.3중량%가 바람직하다.

상기 본 발명의 매염제로 사용되는 금속분말은, 철(Fe), 알루미늄(Al), 동(Cu) 중 어느 하나 또는 2가지 이상이 혼합된 것 외에도 피염물과 염료가 결합하는 성질 및 염착성을 높이고 염색 견뢰도를 높이며 염료 흡착을 촉진하고 염색 직물의 색상을 높이는 작용을 하기 것이면 모두 가능하다.

또한 상기 금속분말 외에도 잿물(탄산칼륨,석회수), 산(구연산, 식초) 중 어느 하나 또는 2가지 이상이 혼합된 것을 사용할 수 있다.

또한 상기 색소를 함유하는 천연식물은, 녹차, 쪽, 괴화, 황벽, 대황, 메리골드, 울금, 정향, 양파껍질, 치자, 오베자, 연밥, 빈낭, 꼭두서니, 소목, 오배자, 오리나무, 뽕나무, 감나무, 정향나무, 밤나무, 도토리, 쑥을 포함하는 색소을 함유한 식물의 꽃, 열매, 줄기, 껍질, 뿌리 중 어느 하나이다.

상기와 같은 본 발명의 천연식물 염료는 빠른 시간에 순도높은 고품질의 천연염료를 제조할 수 있음은 물론, 천연염료의 제조가 간편하고 또 천연염료를 빠른 시간에 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. ⓐ 색소를 함유하는 천연식물을 진공 가열탱크에 중량%로 천연식물40-물60 : 물40-천연식물60의 비율로 넣고 가열하여 천연식물의 염료를 추출하는 단계;
   ⓑ 상기 천연식물의 염료가 추출된 진공탱크의 천연식물과 침전물 및 염료추출액을 분리하고 그 분리된 천연식물 염료추출액을 진공 농축탱크로 옮기는 단계;
   ⓒ 상기 진공 농축탱크를 40 - 100℃로 가열하여 염료추출액의 수분이 20 - 30% 존재할 때까지 수분을 증발시켜 피염물을 천연염색 하는 농축염료를 마련하는 단계;로 구성되는 천연염료 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 ⓒ 단계의 농축염료에 부피비로 농축염료 1 : 물 1 - 농축염료 1 : 물 7의 비율로 공급하고 혼합하여 된 것을 특징으로 천연염료 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 ⓒ 단계의 농축염료에 금속분말을 공급하고 혼합하는 단계가 더 추가되는 것을 특징으로 하는 천연염료 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 농축염료에 혼합되는 금속분말은, 철(Fe), 알루미늄(Al), 동(Cu) 중 어느 하나 또는 2가지 이상이 혼합된 것을 특징으로 하는 천연염료 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 농축염료과 금속분말의 혼합비는, 피염물 95 - 99.5중량% : 금속분말 0.5 - 5중량%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 천연염료 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 ⓐ의 염료를 추출하는 단계에서 가열온도는, 40 - 90℃임을 특징으로 하는 천연염료 제조방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 색소를 함유하는 천연식물은, 녹차, 쪽, 괴화, 황벽, 대황, 메리골드, 울금, 정향, 양파껍질, 치자, 오베자, 연밥, 빈낭, 꼭두서니, 소목, 오배자, 오리나무, 뽕나무, 감나무, 정향나무, 밤나무, 도토리, 쑥을 포함하는 색소을 함유한 식물의 꽃, 열매, 줄기, 껍질, 뿌리 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 천연염료 제조방법.