KR20200048723A

KR20200048723A - 천연염색 방법

Info

Publication number: KR20200048723A
Application number: KR1020180131120A
Authority: KR
Inventors: 김인옥; 박명수
Original assignee: 경일대학교산학협력단; 주식회사 더레인보우
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-05-08

Abstract

본 발명은 천연염색 방법에 관한 것으로, 피염물을 무수타닌 용액에 40 내지 100 ℃에서 20 내지 100 분간 침지하여 전처리하는 단계; 상기 전처리된 피염물을 염액에 30 내지 40 ℃에서 30 내지 90 분간 침지하여 염색하는 단계; 그리고 상기 염색된 피염물을 수세 후 건조하는 단계;를 포함하는 천연염색 방법에 관한 것이다.
본 발명의 천연염색 방법에 따르면 염색물의 균염성이 향상되고 세탁견뢰도, 마찰견뢰도 및 일광견뢰도가 우수한 염색물을 얻을 수 있다.

Description

천연염색 방법{NATURAL DYEING METHOD}

본 발명은 염색물의 균염성이 향상되고 세탁견뢰도, 마찰견뢰도 및 일광견뢰도가 우수한 염색 방법에 관한 것이다.

본 특허출원은 중소벤처기업부에서 지원하는 2017년 산학연협력기술개발사업 첫걸음(No.: C0533092)의 연구수행으로 인한 결과물임을 밝힙니다.

최근 들어 환경 문제가 대두되면서 천연 염료에 대한 관심이 높아지고 건강과 환경을 생각하는 소비자들의 요구도 증가 되고 있는 추세이다. 현재 국내에서는 천연염료에 대한 개발과 연구가 지속되고 있으나 기존의 합성염료를 대체할 수 있을 만큼의 생산량과 견뢰도 문제 등으로 보급에 어려움이 있는 상황이다. 또한 소비자들의 소비 경향이 친환경적이고 인체 친화적이면서 자연스러운 심미성을 가지는 제품을 선호하는 것으로 변모되고 있다. 이러한 이유는 근래에 들어 어반 라이프스타일 열풍이나 건강을 우선시 하는 소비자들의 경향과 연결된 것으로 생각되며, 이러한 이유에서 천연소재나 천연염색 제품이 근래에 들어 각광 받고 있고 다양한 연구가 진행되고 있는 상황이다.

예를 들어, 효소이용 전처리 기술은 환경 친화적 특성 때문에 최근 많이 연구되어지고 있는 기술이며, 전처리 분야는 물론 감량가공 분야에도 기술개발이 활발히 이루어지고 있다. 특히, 전처리에 있어서는 다양한 효소를 적용하고 있는데, 최근은 면섬유의 호발과 정련 및 표백을 동시에 처리할 수 있는 효소를 이용한 새로운 전처리 공법 기술 개발이 일본을 중심으로 활발히 진행되고 있으며 이를 통하여 천연 염재를 이용한 염색 제품의 견뢰도 향상에 대한 연구를 많이 진행하고 있다.

그러나 천연염료를 사용한 염색은 염재의 생산이 한정되어 있고, 식물이 성장한 지리적 배경이나 생육 조건에 따라 동일한 중량에서 얻어지는 색소의 함량은 달라지며, 염재 속에 함유되어 있는 다양한 성분의 차이는 다시 재현하기 힘들다는 천연 염색의 특유한 상황을 만들어 주는 요인이 되고 있다. 따라서 현재 천연염료를 이용한 제품생산은 미성숙한 단계이며 염료의 추출 및 염색 견뢰도를 안정화하여 대량생산이 가능하게 하는 기술이 절실한 상황이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 염색물의 균염성이 향상되고 세탁견뢰도, 마찰견뢰도 및 일광견뢰도가 우수하여 대량생산을 용이하게 할 수 있으며 생산비용과 생산시간을 단축하여 경제적인 제품을 생산할 수 있는 천연염색 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 피염물을 무수타닌 용액에 40 내지 100 ℃에서 20 내지 100 분간 침지하여 전처리하는 단계; 상기 전처리된 피염물을 염액에 30 내지 40 ℃에서 30 내지 90 분간 침지하여 염색하는 단계; 그리고 상기 염색된 피염물을 수세 후 건조하는 단계;를 포함하는 천연염색 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 염색물의 균염성이 향상되고 세탁견뢰도, 마찰견뢰도 및 일광견뢰도가 우수하여 대량생산을 용이하게 할 수 있으며 생산비용과 생산시간을 단축하여 경제적인 제품을 생산할 수 있는 천연염색 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무수탄닌 전처리 조건에 따른 시료의 명도를 나타내는 L* 값을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무수타닌 전처리 조건에 따른 시료의 명도를 나타내는 L* 값을 표준시료의 차이 값(DL*)를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 적색과 황색계통이 나타나는 a* 값을 표준시료와의 차이 Da*를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 yellow와 blue 계통을 나타내는 b*값을 표준시료와의 차이 Db*를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 a*와 b*에 의해서 결정되어지는 채도 c*값을 표준시료와의 차이(Dc*)를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 color의 균염성을 나타내는 색차(△E)의 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 표준시료(염색 전처리 시 무수탄닌 6%, 처리시간 60분, 처리온도70℃인 시료)의 염착특성(k/s)을 매염제인 무수탄닌 처리시간에 따른 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 염색 방적사의 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 누비 type의 double jacquard 제편 공정도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 Cushion type의 double jacquard 제편 공정도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 Double jacquard로 제조된 시료의 표면과 이면을 나타낸 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 압축탄성 회복률을 측정하기 위한 장치를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 20℃에서의 압축탄성 회복률의 변화를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 30℃에서의 압축탄성 회복률의 변화를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 40℃에서의 압축탄성 회복률의 변화를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 성인 남녀의 체중에 따른 압축탄성 회복률의 변화를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 시간 변화에 따른 열전도도를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 보온률 변화를 나타낸 것이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 매트리스 커버를 적용한 매트리스의 사진이다.
도 20 내지 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 시험성적서 사진이다.
도 29 내지 도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 매트리스 커버의 시험성적서 사진이다.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 구성 요소를 설명함에 있어, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어, 정도의 용어 '약', '실질적으로', '정도' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 천연염색 방법은 피염물을 무수타닌 용액에 40 내지 100 ℃에서 20 내지 100 분간 침지하여 전처리하는 단계; 상기 전처리된 피염물을 염액에 30 내지 40 ℃에서 30 내지 90 분간 침지하여 염색하는 단계; 그리고 상기 염색된 피염물을 수세 후 건조하는 단계;를 포함한다.

상기 피염물은 면, 마, 모, 견 등의 천연섬유 원사나 원단, 폴리에스테르, 나일론, 아크릴 등의 합성섬유 원사나 원단 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서는 천연섬유의 단점을 보완하고 기능성을 부여하기 위하여 탄성회복율과 내충·내균성이 우수한 폴리에스테르(polyester)를 피염물로 선정하여 실시하였다.

상기 전처리하는 단계에서는 무수타닌 용액에 피염물을 40 내지 100 ℃에서 20 내지 100 분간 침지하여 전처리할 수 있다.

탄닌은 식물계에 광범위하게 존재하는 polyphenol계 물질로 반응성이 크며 화학적 구조가 매우 복잡하다. 탄닌의 분자량은 500～3,000 정도이며 가수분해형 탄닌과 축합형 탄닌으로 대별된다. 대부분 가수분해형 탄닌은 polyester 구조를 가지면서 산이나 효소에 의해 쉽게 가수분해되어 gallo tannin 이나 ellagi-tannin을 거쳐 gallic acid나 ellagic asid로 분해되고 축합형 탄닌은 산에 의해 쉽게 분해되지 않으며 산의 작용 하에서도 계속 중축합을 하면서 무정형 혹은 tannin red를 형성하며 그 전구체는 flavan-3, 4-dio 이나 flavan-3-ol로 알려져 있다. 탄닌은 생육 및 품종에 따라 질적인 차이가 크므로 본 발명의 일 실시예에서는 시판되는 무수탄닌 순도 80%를 전처리 공정에 사용하였다.

상기 염색하는 단계에서는 상기 전처리된 피염물을 염액에 30 내지 40 ℃에서 30 내지 90 분간 침지하여 염색할 수 있다.

상기 염액은 식물이나 광석 등 천연물에서 얻은 염료나 인공적으로 얻은 염료를 사용하여 제조할 수 있으나 천연물에서 얻은 염료를 이용하는 것이 바람직하다. 일예로 본 발명에서는 인디고 염료를 이용한 쪽 염색을 실시할 수 있다.

세계각지에서 가장 널리 옷감에 물들여지고 있는 쪽은 세탁이나 햇빛에 잘 퇴색되지 않는 성질을 가진 인도쪽, 요쪽, 유구쪽의 식물성 염료가 주종을 이루고 있다. 그래서 극히 빠른 속도로 다른 여러 지방에 이동 전파되어서 세계 어느 곳에서나 옷감에 쪽물을 들이지 않는 곳이 거의 없다고 할 정도이다. 그러나 품종에 따라서 생육온도에 아주 예민하여 성장이 적당한 온도가 아니면 생육은 되더라도 쪽을 함유하는 양이 아주 적기 때문에 염료로서는 적합하지 못하다. 본 발명에서는 염색성이 뛰어난 인디고 딘토리아를 쪽 염색에 사용하였다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1> 염색물 제조

1. 무수탄닌 전처리

면섬유에 대한 쪽 염색을 향상시킬 목적으로 천연 물질인 무수타닌 전처리를 하기 위해서 무수타닌 농도(3%, 6%, 9% o.w.f)와 처리온도(50℃, 70℃, 90℃), 처리시간(30분, 60분 90분)을 다르게 처리하여 증류수에 수세한 후 27종류의 시험포와 면 sliver를 제조하였다.

실험에 사용된 직물은 경위사 섬도는 20^s×20^s, 밀도는 68×58/in 인 면 백포를 사용하였고 무수타닌 처리 전 면 백포를 약 Alkali 70℃ 용액에서 30분간 처리한 후 충분히 세정, 건조하였다.

2. 쪽 염색

염색은 무수타닌 처리한 27종의 시험포와 면 sliver를 쪽 염료온도 35℃에서 1시간 침지하여 염색을 행하였다. 이때 욕비는 50:1 로 하였다. 염색 후 공기 중 30분간 산화시켜 발색한 후 color yield의 향상을 위해 중성염을 (Na₂SO₄)염을 필요량 첨가시켜 최대 염착이 일어나게 했다. 그 후 수세하여 구연산으로 중화시켜 마무리 하였다.

<실험예 1>

1. 염색성 측정

염색된 시료의 색상을 측정하기 위해서 CCM을 사용하였으며 L*(Whiteness), a*(Redness), b*(Yellowness)의 3차원 공간에서 좌표상의 점으로 두 색점 사이의 거리를 표현하는 Hunter식 L*, a*, b* 값을 측정하여 색차(△E)를 구하였다. 또한 처리 조건에 따른 색차의 변화를 상호비교하기 위하여 표준시료를 기준으로 DL*, Da*, Db*, Dc*을 구하여 색차를 비교 분석하였다. 이때 표준시료는 염색 전처리 시 무수타닌 6%, 처리시간 60분, 처리온도70℃인 시료를 사용하였다. 표준시료의 표면색 값은 아래와 같다.

L*: 49.96, a*: -7.49, b*: -18.96, c*: 20.39, △E: 1.32

또한, 염색특성은 최저반사율파장에서 표면반사율을 측정하여 아래의 Kubelka-Munk식에 의해 K/S값을 신출하여 염착량을 평가하였다.

K/S = (1-R)²/2R

R: Reflectance coefficient(max), K: Absorption coefficient, S: Scattering coefficient

2. 견뢰도 측정

염색포의 마찰 견뢰도는 KS K ISO 105 X12 (크로크미터법)에 의거하여 습윤 시와 건조 시로 구분하여 경위사를 측정하였다. 그리고 세탁견뢰도는 KS K ISO 105 C06 (AIS)법에 의거하여 측정하였으며 측정시료는 무수타닌 처리 시 온도를 70℃에 고정시키고 농도 3%, 6%, 9%, 처리시간 30분, 60분, 90분 전 처리한 염색포를 사용하였다.

<실험 결과 1>

1. 쪽 염색 시 무수타닌 처리조건에 따른 염색성 변화

도 1은 무수탄닌 처리 조건에 따른 시료의 표면 중 명도를 나타내는 L* 값을 처리 시간에 따른 변화를 무수타닌 농도별로 나타낸 것이다. 여기서 처리온도는 a)는 50℃ b)는 70℃, c)는 90℃ 인 경우이다. 여기서 보면 무수탄닌 농도가 높을수록 처리시간이 길수록 L*는 낮게 나타나고 있으며 또한 처리 온도가 높을수록 낮게 나타나고 있음을 보여준다. 이는 가교역할을 하는 매염제인 탄닌의 함량이 증가함에 따라 염료의 염착이 증가하여 명도가 낮아지고 진한 농도의 색상이 나타난 결과 L*가 낮게 나타난다고 생각된다.

또한 무수탄닌 처리 시 온도가 낮은 50℃ 경우는 처리시간의 증가에 따라 감소의 폭이 크게 나타나나 처리온도가 높을수록 감소의 폭이 줄어드는 것을 알 수 있으며 탄닌 농도의 변화에 따른 변화는 농도가 6%이상에서 L*의 감소 폭 크게 나타남을 알 수 있다. 탄닌 농도에 따른 영향은 농도가 낮을수록 처리시간에 의한 영향을 많이 받고 있음을 알 수 있다.

도 2는 무수타닌 처리 조건에 따른 시료의 표면 중 명도를 나타내는 L* 값을 표준시료의 차이 값(DL*)을 나타낸 것인데 처리온도가 a)는 50℃ b)는 70℃, c)는 90℃ 인 경우이다.

여기서 보면 무수탄닌의 농도와 처리온도가 낮을수록 처리시간이 짧을수록 명도의 값 차이가 높게 나타나고 있으며 처리온도 30분 까지는 변화의 차이가 크게 나타나지만 처리온도 60분 이상에서는 변화의 폭이 감소함을 알 수 있어 무수탄닌의 농도가 낮을수록 처리온도와 시간에 의한 영향을 많이 받고 있음을 알 수 있다.

무수탄닌 농도 3%, 처리시간 30분 경우, 처리온도 50℃ 에서는 DL*의 값이 약 5정도로 높게 나타나나 처리온도 70℃의 경우에는 3.8, 90℃의 경우에는 약 1.5정도로 적게 나타나고 있으며 농도 9%경우에는 L*의 차이가 0.5 정도로 거의 차이가 나타나지 않고 있다. 그리고 처리시간 60분 경우에는 농도 6%, 처리온도 50℃ 경우에 DL*의 값이 약 2정도 나타났으나 처리온도 90℃ 약 0.5정도의 DL*의 값이 나타났음을 알 수 있어 무수타닌 농도에 따른 영향은 농도 3%~6%에서의 DL*값은 크게 나타나나 6%이상에서의 DL*의 값은 낮게 나타남을 알 수 있다.

도 1과 도 2의 결과에서 보여주는 것과 같이 무수타닌 처리온도 50℃에서는 처리시간에 따른 명도의 차이는 크게 나타나나 처리온도 70℃이상 에서는 거의 비슷한 값을 나타나고 있음을 알 수 있다.

도 3은 적색과 황색계통이 나타나는 a*를 표준 시료와의 차이 Da*를 나타낸 것으로 무수탄닌 처리조건에 따른 결과를 무수탄닌 농도별로 나타낸 것이다. 여기서 보면 표준시료와의 차이는 무수탄닌 처리 시간에 따른 변화는 거의 나타나지 않고 있음을 알 수 있다. 처리온도에 따른 변화를 살펴보면 처리온도 50℃의 경우에는 무수탄닌의 농도변화에 a*값이 차이가 나서 미세하나마 greener한 계통의 값이 나타남을 알 수 있다. 그러나 처리온도 90℃에서는 거의 변화가 나타나지 않고 있어 처리 온도가 높을수록 농도변화에 따른 변화가 거의 나타나지 않고 있음을 알 수 있다. 이는 쪽 염색 시 blue color가 발현됨으로 a*의 값의 차이는 거의 나타나지 않은 결과라 생각된다.

도 4는 yellow와 blue 계통을 나타내는 표준시료의 b*값 차이를 나타낸 Db*를 나타낸 것으로 처리온도 50℃에서는 무수탄닌 농도가 높을수록 처리시간이 길고 처리온도가 높을수록 Db* 값은 적어지는 경향을 나타나 무수탄닌 처리시간 30분에서는 농도에 따른 Db* 변화가 약 2정도로 나타나나 처리시간 90분에서는 약 1이내로 나타나 처리온도가 높을수록 이러한 경향은 줄어들고 있음을 알 수 있다.

또한 처리온도 70℃의 경우에는 무수탄닌 농도에 따른 Db* 변화가 처리시간 30분에서는 약 1.5정도로 나타나나 처리시간 60분 이상에서는 거의 변화가 나타나지 않고 있음을 알 수 있다. 이는 Fig. 18의 결과와 비교하여 볼 때 매염제인 탄닌의 함량이 증가함에 따라 염착량이 많아서 명도가 낮아짐과 동시에 blue 계통의 color 증가함을 알 수 있다.

표준시료인 무수탄닌 6%, 처리시간 60분, 처리온도70℃ 경우와 비교하여 보면 표준시료의 조건보다 무수타닌의 농도, 처리시간과 온도가 낮은 경우에 Db*는 차이가 나지만 표준시료 보다 농도, 시간, 온도가 높은 경우에는 차이가 거의 나지 않고 있음을 알 수 있다.

도 5는 a*와 b*에 의해서 결정되어지는 채도 c*값을 표준시료와의 차이(Dc*)를 나타낸 것이다. 여기서 보면 무수탄닌 농도가 높을수록 처리온도가 높고 처리시간이 길어질수록 채도 값의 차이(Dc*)가 높아지고 있음을 알 수 있어 도 4의 Db* 변화와 반대되는 경향으로 염착량이 증가할수록 채도가 높게 나타남을 알 수 있다.

도 5에서 a), b)인 무수타닌 처리온도 50℃, 70℃ 경우 Dc*는 표준시료보다 차이가 나나 처리시간 90℃인 c)의 경우는 거의 비슷한 값을 나타내고 있음을 날 수 있다.

도 6은 color의 균염성을 나타내는 색차(△E)의 변화를 나타낸 것이다. 여기서 보면 도 5의 Dc* 변화와 비슷한 경향을 나타내고 있음을 알 수 있다.

탄닌처리 온도 50℃, 70℃에서는 △E 값이 약 1정도로 나타나서 색차의 변화가 약간 차이가 남을 알 수 있으나 처리 온도 90℃, 타닌농도 6% 이상에서는 △E 값이 약 0.5정도로 나타나서 색상차이가 거의 나타나지 않음을 알 수 있다.

도 7은 이번 실험조건에서 사용되어진 표준시료(염색 전처리 시 무수탄닌 6%, 처리시간 60분, 처리온도70℃인 시료)의 염착특성(k/s)을 매염제인 무수탄닌 처리시간에 따른 결과를 무수타닌 농도별로 나타낸 것이다. 전체적으로 볼 때 무수타닌 농도가 높을수록 처리시간이 길수록 염착특성은 높은 갚을 나타내고 있으며 농도가 3%의 경우 처리시간에 의한 영향을 많이 받고 있으나 무수타닌 농도가 6% 이상에서는 처리시간에 따른 영향은 거의 나타나지 않고 있음을 알 수 있다.

이는 본 발명의 실시예에서 무수타닌 농도가 3%이하인 경우에는 처리시간에 따른 매염효과가 낮게 나타난 결과이며 농도가 6%, 9%인 경우에는 처리시간에 따른 영향은 어느 정도 있으나 농도에 의한 영향은 거의 나타나지 않고 있음을 알 수 있다.

2. 쪽 염색 포의 염색견뢰도 변화

위와 같은 결론에 의하여 표준시료인 염색 전처리 시 무수타닌 6%, 처리시간 60분, 처리온도 70℃인 시료를 상기 견뢰도 측정에 의해 측정한 염색 견뢰도를 표 1에 나타내었다.

상기 표 1의 결과를 살펴보면, 마찰견뢰도는 건조 시 3-4등급으로 어느 정도 우수한 편이고 습윤 시는 3정도로 나타나 대체로 양호한 편이나 습윤 시 표면에 염착된 쪽 염료가 마찰과 함께 조금씩 용해된 결과로 생각된다.

따라서 실제 현장에서 염색 시 padding-dry후 수세와 발색에 주의해야 세탁견뢰도가 향상될 것으로 생각된다. 세탁견뢰도는 모든 시료가 4-5의 값이 나타났다. 또한 면, 모 직물의 경우 4-5급으로 매우 높은 견뢰도를 나타남을 알 수 있다.

상기 실시예 1과 실험예 1을 살펴보면, 무수탄닌 농도가 높을수록 처리시간이 길수록 L*는 낮게 나타나고 있으며 또한 처리 온도가 높을수록 낮게 나타났으며 농도가 낮을수록 처리시간에 의한 영향을 많이 받고 있음을 알 수 있고 농도가 6%이상에서 L*의 감소 폭 크게 나타남을 알 수 있다.

DL*값은 무수탄닌 농도 3%～6%에서의 크게 나타나나 6%이상에서의 DL*의 값은 낮게 나타났으며 무수탄닌 처리온도 50℃에서는 처리시간에 따른 명도의 차이는 크게 나타나나 처리온도 70℃이상 에서는 거의 비슷한 값을 나타내는 것을 알 수 있다.

Db* 변화는 처리온도 70℃의 경우에 무수타닌 농도에 따른 변화는 처리시간 30분에서는 약 1.5정도로 나타나나 처리시간 60분 이상에서는 거의 변화가 나타나지 않았으며 표준시료의 조건보다 무수타닌의 농도, 처리시간과 온도가 낮은 경우에 Db*는 차이가 나지만 표준시료 보다 농도, 시간, 온도가 높은 경우에는 차이가 거의 나지 않고 있음을 알 수 있다.

Dc* 변화는 무수탄닌 농도가 높을수록 처리온도가 높고 처리시간이 길어질수록 높아지는 것을 알 수 있다.

무수탄닌 처리 온도 50℃, 70℃에서는 색상차이는 어느 정도 나타나나 처리 온도 90℃, 무수탄닌 농도 6% 이상에서는 색상차이가 거의 나타나지 않음을 알 수 있다.

염착특성은 무수탄닌 농도가 3%이하인 경우에는 처리시간에 따른 매염효과가 낮게 나타나나 농도가 6%, 9%인 경우에는 농도에 의한 영향은 거의 나타나지 않는 것을 알 수 있다.

마찰견뢰도는 건조 시 3-4등급, 습윤 시는 3정도로 나타났으며 세탁견뢰도는 모든 시료가 4-5의 값이 나타났다. 또한 면 모 직물의 경우 4-5급으로 매우 높은 견뢰도를 나타남을 알 수 있다.

<실시예 2> 방적사 제조

방적성을 고려하여 염색된 면 Sliver를 유연제(슬라이버 중량 10kg / 유연제10g) 처리한 후 mixing and pickng 공정, carding 공정을 거쳐 불균일한 염색의 결점이 제거된 칼라 sliver를 제조하였다. 제조된 칼라 sliver를 색차계로 색을 측정하여 샘플사의 color를 결정하였으며 white sliver사와 혼섬, mixing 하여 roving사를 제조 하였다. 이때 mixing 조건은 white sliver사 : 염색된 sliver사 비율을 7:3, 3:7 2종류로 하여 spinning 하였다. spinning 조건은 번수 30's (29's～31's), 균제도 11, R.k.M 15, 수분율 8～9% 사이로 하여 염색 방적사를 제조하였다.

천연염색 방적사의 전방(시방) 공정 및 방적최적 작업 조건은 하기 표 2와 같다.

<실험예 2>

제조된 방적사의 성능지표를 측정하기 위하여 견뢰도 검사를 KSK ISO 규정에 의한 검사를 한국섬유개발연구원에 의뢰하였다. 견뢰도 검사항목은 마찰견뢰도 / 일광견뢰도 / 땀견뢰도 / 세탁견뢰도 / 드라이클리닝 견뢰도이며 이에 대한 결과는 하기 표 3에 나타내었다.

- 견뢰도 검사 시 KSK ISO 규정은 40℃에서 견뢰도 검사 실험을 진행하지만 JIS는 50℃에서 견뢰도 검사를 수행하므로 국내 검사보다 일본 공업 규격 검사에서는 결과의 등급이 낮아지는 경향이 있다. 그러므로 일본 수출 시에는 고려대상이 될 수 있다.

상기 표 3을 살펴보면, 일광견뢰도, 땀견뢰도, 마찰견뢰도에서 4등급 이상으로 판단되어 기존의 천연염색 제품보다 매우 우수한 견뢰도를 나타내었으며, 세탁견뢰도, 드라이클리닝견뢰도에서 3-4등급으로 나타나 기존의 천연염색 제품보다 약간 우수한 견뢰도를 보였다.

<실시예 3> 편성물 제조

방적된 원사를 이용하여 편성물 제조에 있어서 편성기는 디자인 설계 및 매트리스 제품의 필요에 가장 최적 조건으로 Double jacquard machine으로 선정하였다. 매트리스 커버 제품 개발을 위한 Cushion type 편성물과 Double jacquard 편성물을 시범 제작 하였다.

<실험예 3>

Double jacquard로 제조된 2종의 매트리스 커버용 직물의 조건은 하기 표 4에 나타내었고, 시료의 표면과 이면은 도 11과 같다.

1. 압축탄성 회복률 측정

압축 탄성 회복은 우리나라에는 규정된 방법이 없고 JIS에 규정된 北川洋子(일)는 하중을 하부에서 작용하는 장치를 이용하였는데 본 실험에서도 12와 같은 장치를 만들어 사용하였다.

도 12는 두께 5mm의 백색 아크릴판(25×25cm) 두 장의 모서리에다 직경 5mm의 구멍을 뚫어 직경 4mm, 길이 12cm의 철봉을 고정시켰으며 상부의 아크릴판은 구멍을 크게 뚫어 자유로이 상하로 이동할 수 있도록 하였다. 압축 탄성회복 실험은 상하의 아크릴판 사이에 시료(20×20cm)를 넣은 다음 상부의 아크릴 판위에 15kg(66.6g/cm²)의 weight를 올려놓은 후 소정의 시간(30min, 60min, 120min)이 경과한 다음 무게를 제거한 후 소정의 시간(0.5, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90min) 경과에 따른 각각의 두께변화를 측정하여 아래 식에 의하여 압축탄성 회복률을 계산하였다. 여기서 온도의 변화는 실내 침구온도를 고려하여 20℃, 30℃, 40℃로 3단계 변화시켰다.

(E - Et)/E

E: 원 시료의 두께

Et: Weight를 제거한 다음 소정의 시간 후의 시료 두께

2. 보온성 측정

보온성은 KES-FB 7을 이용하여 소비전력을 측정한 후 아래 식에 의하여 계산하였다.

{(W₀ - W)/W₀} × 100

W: 발열체에 시료가 있을 때의 소비전력

W0: 발열체에 시료가 없을 때의 소비전력

이때 측정 조건은 시료를 2020cm으로 하여 외기온도: 20℃, 열판온도(BT box): 30℃, 풍속: 1m/sec.의 조건으로 측정하였다.

3. 열전도도 측정

열전도도(W/㎝ ℃)는 시료를 10×10cm으로 sampling 하여 Water box온도 26℃, 열판(BT box)온도 36℃에서 KES-FB 7을 이용하여 아래 식으로 계산하였다.

(W × D) / A ×ΔT

W: 소비전력, D: 시료두께, A: 열판면적(25cm²), ΔT: Water box온도와 열판(BT box)온도 차이

4. 인장강도 측정

시료의 인장강도는 만능시험기(Hounsfield사 영국)를 사용하여 측정하였다.

<실험결과 2>

1. 압축탄성 회복률

도 13의 a)는 시료 A, b)는 시료 B를 도 12의 장치를 이용하여 20℃에서 소정의 시간(30min, 60min, 120min)에서 weight를 66.6g/cm²로 압축을 시킨 후 weight를 제거한 다음 회복 시간 별로 압축탄성 회복률의 변화를 나타낸 것이다.

여기서 보면 압축시간이 짧을수록 weight제거 후 회복시간이 길수록 압축 회복률은 높게 나타나고 있으며 또한 회복시간 20분 까지는 압축탄성 회복률이 급격하게 증가하고 있으나 그이상의 시간에서는 회복률이 완만하게 증가함을 알 수 있다. 시료 A, B를 비교하여 보면 시료 A의 경우 압축시간 60분, 회복시간 0.5분에서 98%의 회복률이 나타났으며 회복시간 30분에서 100%의 회복률이 나타났으며 시료 B의 경우는 같은 조건에서 99%에서 100%의 회복률이 나타남을 알 수 있어 압축 시 처리온도가 20℃의 경우에는 거의 비슷한 결과가 나타났으며 시료 B의 경우가 시료 A의 경우보다 탄성회복률이 조금 높게 나타나고 있음을 알 수 있다.

도 14의 a)는 시료 A, b)는 시료 B를 30℃에서 소정의 시간(30min, 60min, 120min)에서 weight를 66.6g/cm²로 압축을 시킨 후 weight를 제거한 다음 회복 시간 별로 압축탄성 회복률의 변화를 나타낸 것이다.

전체적으로는 도 13의 결과와 비슷한 경향을 나타내고 있으나 도 13의 경우보다 탄성 회복률은 낮게 나타나고 있고 회복시간 20min 까지는 회복률의 증가속도가 빠르나 그 이상의 회복시간에서는 회복속도가 느리게 진행되고 있음을 알 수 있다.

시료 A, B의 경우를 비교하여 보면 처리시간 30분, 60분 경우에는 회복률의 차이가 어느 정도 있으나 100% 회복시간이 거의 비슷한데 비하여 처리시간 120분에서는 시료 A가 100% 회복하는데 약 10분 정도 길어짐을 알 수 있다.

이러한 경향은 표 4의 결과와 같이 편물의 충전 밀도가 시료 A보다 시료 B의 경우가 높게 제조됨으로서 시료 B가 같은 회복시간에 따른 압축 탄성회복도가 높게 나타나나 회복시간은 짧아짐을 알 수 있다. 그리고 시료 B의 경우가 시료 A의 경우보다 두께가 얇은 관계로 압축 시 압력의 영향을 적게 받은 결과라 생각된다.

도 15의 a)는 시료 A, b)는 시료 B를 40℃에서 소정의 시간(30min, 60min, 120min)에서 weight를 66.6g/cm²로 압축을 시킨 후 weight를 제거한 다음 회복 시간 별로 압축탄성 회복률의 변화를 나타낸 것이다.

여기서 보면 시료 a)는 압축시간이 30분인 경우는 회복시간 5분에서 98%의 회복률을 보이고 회복시간 50분에서 100%, 압축시간이 60분인 경우는 회복시간 5분에서 96%, 회복시간 70분에서 100%의 회복률을 보이고 있으나 압축시간 120분에서는 회복시간 5분에서 95.5%, 회복시간 90분에서 100%의 회복률을 나타내고 있다.

시료 B의 경우는 압축시간이 30분, 회복시간 5분에서 97.8%, 회복시간 30분에서 100%, 그리고 압축시간이 60분인 경우는 회복시간 5분에서 98.5%, 회복시간 60분에서 100%의 회복률을 보이고 있으나 압축시간 120분에서는 회복시간 5분에서 97%, 회복시간 70분에서 100%의 회복률을 나타내고 있다.

이는 표 4에서 보듯이 시료 B의 제조 조건은 충전용 솜사를 1,800d, 2,700d를 혼용하여 사용한 경우이고 시료 A는 1,800d의 충전용 솜사를 사용한 경우인데 이러한 제조 조건의 경우 압축 탄성 회복도는 충전용 솜사의 섬도가 높을수록 압축탄성 회복률이 높아지고 있음을 알 수 있으며 또한 도 11의 시료 표면과 이면의 사진과 4의 시료 두께에서 나타나듯이 시료 A의 표면이 시료 B의 표면보다 요철이 많이 나타난 결과와 두께가 시료 B 보다 두꺼워 단의 체적 당 시료의 무게에 많은 영향을 받은 결과라 생각된다.

도 16은 성인 남녀의 체중을 고려한 weight를 적용한 경우의 압축탄성 회복률의 변화율을 알아보기 위하여 온도 20℃, 처리시간(30min, 60min, 120min)에서 시료 A를 a)는 75kg(335g/cm²) b)는 150kg(670g/cm²) weight로 압축을 시킨 후 weight를 제거한 다음 회복 시간 별로 압축탄성 회복률의 변화를 나타낸 것이다.

도 16에서 전체적으로 보면 weight를 제거한 후 20분 까지는 급격하게 탄성회복이 일어나나 이후의 시간에서는 회복속도가 느려지고 있음을 알 수 있고 a)의 경우에는 weight 처리시간 30분 경우에는 회복률이 높게나나 60분과 120분의 경우는 거의 비슷한 값이 나타나고 있음을 알 수 있다.

도 16의 a)경우에서 보면 30분 가중 처리한 경우에는 weight를 제거한 후 0.5분에서 94.5% 정도의 회복률이 나타나 weight를 제거한 후 60분이 경과한 후에는 100%의 회복률이 나타났으나 weight 처리 60분, 120분 경우에는 weight를 제거한 후 0.5분에는 약 90% 정도의 회복률이 나타났으며 weight를 제거한 후 90분이 경과한 경우에도 압축탄성 회복도는 약 98%에 머물고 있음을 알 수 있다. b)경우에는 weight 처리시간에 의한 영향은 크게 나타나지 않고 있음을 알 수 있고 weight를 제거한 후 0.5분에서 약 85% 정도의 회복률이 나타났으며 weight를 제거한 후 90분이 경과한 후에도 회복률이 약 94% 내외로 나타나 a)의 경우보다 약 5%정도 낮게 나타나고 있음을 알 수 있다.

위의 결과를 종합하여 보면 이번 실험 조건(weight: 75kg. 150kg)으로는 압축 실험 시 상온인 20℃에서weight 처리 시간에 따른 압축탄성 회복률의 변화는 weight 75kg에서 30분간 처리한 경우에는 weight제거 후 회복시간 60min이내에 거의 100% 회복되지만 weight 처리시간 60분 이상에서는 회복시간이 90분에서도 100% 회복되지 않고 있음을 알 수 고 weight 150kg에서는 weight처리 시간에 관계없이 회복률이 94%에 머물고 있음을 알 수 있다.

2. 열전도도

도 17은 각 시료들의 시간 변화에 따른 열전도도를 나타낸 것이다. 여기서 보면 처리시간이 2min까지는 열전도도가 급격히 감소하고 있으나 그 이상의 시간에서는 거의 평형을 이루고 있음을 알 수 있다. 그리고 제품의 밀도가 높을수록 시료의 두께가 얇을수록(시료 B) 열전도도는 높게 나타나고 있음을 알 수 있다.

도 18은 시료 A와 B의 보온률 변화를 나타낸 것이다. 전체적인 경향은 처리시간 4-5분 사이에서 보온률이 급격히 증가하고 있어 그이상의 시간에서는 큰 변화가 나타나지 않고 있어 열전도도와 반대되는 현상이 나타나고 있음을 알 수 있다. 도 18을 살펴보면 시료 A의 경우는 보온률이 최대 64%정도로 나타났으나 시료 B의 경우는 보온률이 최대 62%로 나타나 약 2%정도의 근소한 차이가 남을 알 수 있다. 이러한 경향은 시료의 충전 밀도가 높은 시료 B의 경우가 충전 밀도가 낮고 표면의 요철이 큰 시료 A의 경우보다 제품내의 공기 함량이 적어진 결과 보온률이 낮게 타났다고 생각된다.

상기 실시예 3과 실험예 3을 살펴보면, 압축탄성 회복률은 회복시간 20분 까지는 회복률이 급격하게 증가하고 있으나 그이상의 시간에서는 완만하게 증가함을 알 수 있다.

편물의 충전 밀도가 높을수록 두껍고 얇은 경우가 회복시간에 따른 압축 탄성회복도가 낮게 나타났으며 회복시간 또한 짧아지고 있음을 알 수 있다.

압축탄성 회복률이 완전히 회복하는데 걸리는 시간은 처리온도 20℃에서는 처리시간에 의한 영향은 거의 비슷하게 나타나나 압축온도 30℃에서는 처리시간이 60분까지는 거의 비슷하게 나타났으며 압축온도 40℃ 경우에는 처리시간 60분 이상에서 100% 회복에 시간이 지연되고 있음을 알 수 있다.

이번 실험 조건(weight: 75kg. 150kg)으로는 압축 실험 시 상온인 20℃에서 weight 처리 시간에 따른 압축탄성 회복률의 변화는 weight 75kg에서 30분간 처리한 경우에는 weight제거 후 회복시간 60min이내에 거의 100% 회복되지만 weight 처리시간 60분 이상에서는 회복시간이 90분에서도 100% 회복되지 않고 있음을 알 수 있고 weight 150kg에서는 weight처리 시간에 관계없이 회복률이 94%에 머물고 있음을 알 수 있다.

열전도도는 처리시간이 2min까지는 열전도도가 급격히 감소하고 있으나 그 이상의 시간에서는 거의 평형을 이루고 있음을 알았고 시료의 밀도가 높을수록 시료의 두께가 얇을수록(시료 B) 열전도도는 높게 나타나고 있음을 알 수 있다.

보온율 변화는 처리시간 4-5분 사이에서 보온율이 급격히 증가하고 있어나 그이상의 시간에서는 큰 변화가 나타나지 않았으며 시료 A의 경우는 보온율이 최대 64%정도로 나타났으나 시료 B의 경우는 보온율이 최대 62%로 나타나는 것을 알 수 있다.

<실시예 4> 매트리스 커버 제조

본 발명에 따라 염색된 편직물을 이용하여 분리 및 세탁이 가능한 매트리스 커버를 제조하였으며, 최종적으로 적용된 매트리스 제품의 사양은 아래 표 5와 같다.

한편, 본 발명의 염색 방법을 적용하여 방적사 또는 원단을 제조할 수 있으며, 나아가 카펫, 매트, 소파커버, 매트리스 커버, 수건, 커튼, 롤스크린, 블라인드 등의 홈 텍스타일 제품, 의류, 스타킹, 양말, 가방, 신발 등의 고감성 패션 제품, 페인트, 벽지, 종이 등의 인테리어 및 산업용 제품에 적용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예 및 실험예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

피염물을 무수타닌 용액에 40 내지 100 ℃에서 20 내지 100 분간 침지하여 전처리하는 단계;
상기 전처리된 피염물을 염액에 30 내지 40 ℃에서 30 내지 90 분간 침지하여 염색하는 단계; 그리고
상기 염색된 피염물을 수세 후 건조하는 단계;를 포함하는 천연염색 방법.