KR20230104062A - 키토산과 cnf를 활용한 귤피의 염색방법 - Google Patents

키토산과 cnf를 활용한 귤피의 염색방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 키토산과 CNF를 활용한 귤피의 염색방법에 관한 것으로: 염료로서 귤피를 이용하고, 매염제로서 키토산 및 셀룰로오스 나노섬유 중에서 선택되는 1종 이상을 이용하여, 직물을 염색하는 귤피의 염색방법을 제공한다.

Description

키토산과 CNF를 활용한 귤피의 염색방법{Method for dyeing tangerine peel using chitosan and CNF}
본 발명은 귤피의 염색방법에 관한 것으로, 특히 키토산(chitosan)과 셀룰로오스 나노 섬유(CNF)를 활용한 귤피의 염색방법에 관한 것이다.
우리나라 폐기물 발생량은 경제 성장과 삶의 질 향상 및 인구 증가에 의해 꾸준히 증가하고 있으며, 환경부의 전국 폐기물 발생 및 처리 현황에 따르면, 한 해 폐기물 발생량은 약 50 만 톤에 달하고 있다. 이를 매립 및 소각하는 폐기물 처리 과정에서도 자본의 손실과 환경오염이 야기되므로, 정부는 증가하는 폐기물을 자원으로 인식을 전환하여 재활용 및 재사용하기 위한 다양한 정책을 추진 중이다.
한편, 우리나라에서 이용하는 감귤류는 전체 과실의 30%를 차지하며, 20-25%가 가공용으로 소비된다. 가공공정에서 발생하는 귤피는 과실의 약 50% 정도를 차지하는데, 사료 및 식품 외의 효과적인 활용 방법이 없어 대부분 가공 부산물로 폐기되고 있다. 이에 귤피의 활용에 대한 효과적이면서 경제적인 활용방법의 필요성이 떠오르고 있다.
귤피는 풍부한 플라보노이드(flavonoid), 카로티노이드(carotenoid), 펙틴(pectin), 셀룰로오스(cellulose) 등의 기능성 물질을 함유하고 있으며, 유해물질 제거뿐만 아니라 항염증, 항알레르기, 항바이러스, 항균, 항산화 작용 및 면역 증강 등 인체에 유익한 작용을 하는 것으로 보고되어 있다. 또한, 귤피의 외측은 플라베도(Flavedo) 층으로 색소 층이 발달되어 있어서, 이를 염재로 사용할 경우 버려지는 바이오매스를 재활용할 수 있을 것으로 기대된다.
그러나, 염색 전후 사용되는 매염제가 대다수 금속 매염제이기 때문에, 염색 후 폐수로 인한 환경문제와 인체 안정성 측면에서 문제가 종종 야기되곤 한다.
본 발명의 목적은 환경 문제와 인체 안정성 문제를 야기하지 않는 귤피 염색방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해: 염료로서 귤피를 이용하고, 매염제로서 키토산 및 셀룰로오스 나노섬유 중에서 선택되는 1종 이상을 이용하여, 직물을 염색하는 귤피의 염색방법을 제공한다.
본 발명에서 키토산은 아세트산과 함께 매염제로서 사용될 수 있다.
본 발명에서 매염제는 키토산, 셀룰로오스 나노섬유 및 아세트산의 조합일 수 있다.
본 발명에서 직물은 비스코스 레이온(VR) 또는 울일 수 있다.
본 발명의 제1실시형태에 따른 귤피의 염색방법은 동시 매염 방법으로서: 귤피 염료를 제조하는 단계; 및 키토산 및 셀룰로오스 나노섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 매염제 및 귤피 염료의 혼합물로 직물을 동시 매염 및 염색하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2실시형태에 따른 귤피의 염색방법은 선 매염 방법으로서: 귤피 염료를 제조하는 단계; 키토산 및 셀룰로오스 나노섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 매염제로 직물을 선 매염하는 단계; 및 선 매염된 직물을 귤피 염료로 염색하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 환경 문제와 인체 안정성 문제를 야기하지 않는 귤피 염색방법을 제공할 수 있다. 특히, 키토산 및 셀룰로오스 나노섬유를 매염제로 이용하여 염색성 및 견뢰도 등을 개선할 수 있다.
도 1a는 귤피의 구조, 도 1b는 셀룰로오스 나노섬유(CNF)의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 귤피 추출물을 이용한 비스코스 레이온(VR) 및 울의 염색 공정을 나타낸 것으로, 도 2a는 선 매염, 도 2b는 동시 매염 공정을 나타낸 것이다.
도 3은 상이한 CNF 농도를 이용한 VR 및 울의 동시 매염 및 염색 공정을 나타낸 것이다.
도 4는 VR의 몰 농도가 상이한 CNF와 키토산을 선 매염한 ΔE 값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 VR의 몰 농도가 상이한 CNF와 키토산을 동시 매염한 ΔE 값을 나타낸 그래프이다.
도 6은 귤피 추출액과 매염제인 CNF와 키토산을 첨가하여 염색한 울의 K/S 값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 귤피 추출액과 매염제인 CNF와 키토산을 첨가하여 염색한 울의 ΔE 값을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 상술한 종래 문제를 해결하기 위해, 귤피를 염재로 사용하되, 셀룰로오스 나노 섬유(CNF) 및 키토산을 매염에 활용한 것을 특징으로 한다.
셀룰로오스는 자연에서 가장 풍부하게 존재하는 천연 바이오매스로서, 기계적 또는 화학적 처리를 통해 나노화시킨 섬유를 셀룰로오스 나노 섬유(CNF)라고 한다. CNF는 우수한 기계적 강도, 큰 종횡비, 넓은 표면적 및 생분해성을 특징으로 하여, 제지 산업, 화장품, 인공피부, 여과 장치, 포장 산업 등의 다양한 분야에서 활용 가능하다. 또한, CNF를 염색 시 첨가할 경우 염료의 염착성이 향상되어 착색이 좋아질 뿐만 아니라 물성 강화에도 좋은 효과를 내며, 피라노스 환에 있는 수산기(-OH)는 셀룰로오스의 반응 및 물성에 큰 역할을 하는 것으로 알려져 있다. CNF의 직경은 1 내지 100 nm, 길이는 1 내지 100 ㎛일 수 있다.
키토산은 자연에 존재하는 고분자들 중 셀룰로오스 다음으로 풍부한 천연 고분자이다. 우수한 기계적 강도와 흡습성, 항균성, 생분해성 및 생체적합성, 친수성, 단백질 친화력의 특성을 가지며, 환경산업, 식품 및 상처 드레싱이나 창상 피복재와 같은 의약품 등에서 다양하게 사용되고 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 귤피의 염색방법은 염료(dye)로서 귤피(tangerine peel)를 이용하고, 매염제(mordant)로서 키토산(chitosan) 및 셀룰로오스 나노섬유(CNF: cellulose nano fiber) 중에서 선택되는 1종 이상을 이용하여, 직물을 염색하는 것을 특징으로 한다.
귤피와 같은 식물 염료는 대부분 매염 염료이기 때문에, 매염제를 사용한다. 키토산은 아세트산(acetic acid)과 함께 매염제로서 사용될 수 있다. 아세트산은 키토산을 초산 용액으로 만드는 역할을 하는 것으로, 본 발명에서는 키토산 초산 용액을 매염제로 사용할 수 있다. 따라서, 키토산이 사용되는 경우, 아세트산이 함께 사용될 수 있다. 셀룰로오스 나노섬유는 아세트산 없이 단독으로 사용될 수 있다.
바람직한 매염제는 키토산, 셀룰로오스 나노섬유 및 아세트산의 조합일 수 있다. 키토산(아세트산과 함께 사용) 및 셀룰로오스 나노섬유의 조합을 사용할 경우, 염색성 및 견뢰도 등을 더욱 개선할 수 있다.
직물은 비스코스 레이온(VR: viscose rayon) 또는 울(wool)일 수 있다. 또한, 다른 천연 섬유 제품(면, 마, 모, 실크 등) 및 합성 섬유 제품(폴리에스테르, 나일론 등)도 사용 가능하다.
본 발명의 제1실시형태에 따른 귤피의 염색방법은 동시 매염 방법(simultaneous mordanting)으로서: 동시 매염은 매염과 염색을 동시에 수행하는 것을 의미한다. 동시 매염은 공정 과정을 줄일 수 있어 효과적으로 염색할 수 있다. 이 실시형태의 염색 방법은 귤피 염료를 제조하는 단계; 및 키토산 및 셀룰로오스 나노섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 매염제 및 귤피 염료의 혼합물로 직물을 동시 매염 및 염색하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 귤피 염료를 제조한다. 귤피는 귤의 껍질을 의미한다. 귤피 염료(염액)는 귤피 추출물(추출액)일 수 있다. 즉, 귤피 염료는 적절한 용매로 귤피를 추출하여 제조될 수 있다. 추출 용매는 물이나 알코올과 같은 유기 용매일 수 있고, 바람직하게는 물을 사용할 수 있다. 추출물 형태의 귤피 염료는 그대로 염액으로 사용할 수 있고, 필요에 따라 정제 및/또는 농축된 후 사용될 수도 있다.
귤피로는 예를 들어 0.2±0.1 cm로 잘게 잘라 여과지(폴리아미드 등)에 넣은 귤피 티백을 이용할 수 있다. 추출 액비의 경우, 예를 들어 추출 용매(증류수 등) 1 L를 기준으로 귤피 티백 20±10 g을 사용할 수 있다. 핫 플레이트(Hot plate) 등의 가열수단을 이용하여 100±20℃의 추출 온도에서 2±1시간의 추출 시간 동안 끓인 후, 귤피 티백을 건져내고 남은 추출액을 염액으로 사용할 수 있다. 염액의 pH는 5±1일 수 있다.
다음, 매염제 및 귤피 염료의 혼합물로 직물을 동시 매염 및 염색한다. 혼합물은 용액 형태(혼합 용액)일 수 있다. 이 혼합 용액은 매염액이면서 동시에 염액일 수 있다.
동시 매염 및 염색은 예를 들어 액비 1:50±10 또는 1:100±20으로 70±20℃에서 1±0.5시간 동안 핫 플레이트 위에서 300±50 rpm으로 교반하여 염색한 후 수세하고 건조기에 넣어 50±10℃에서 1±0.5시간 동안 건조하는 과정으로 수행될 수 있다. 여기서, 액비는 직물 대 혼합 용액의 중량 비율을 의미한다. 키토산-아세트산 용액은 1±0.5% 농도(w/w)로 사용될 수 있고, CNF 용액은 0.5±0.2% o.w.f 농도로 사용될 수 있으며, CNF의 몰 농도는 0.1 wt% 내지 4 wt%일 수 있다.
직물은 매염 전에 정련(scouring) 및/또는 표백(bleaching)될 수 있다. VR의 정련은 예를 들어 탄산나트륨(Na2CO3)(10±5% o.w.f)으로 100±20℃에서 액비 1:50±10으로 1±0.5시간 동안 처리한 후 수세하고 건조기에 넣어 50±10℃에서 1±0.5시간 동안 건조하는 과정으로 수행될 수 있다. 여기서, o.w.f는 on the weight of fiber로서 대 섬유 중량을 의미하고, 액비는 직물 대 정련액의 중량 비율을 의미한다.
울의 정련은 예를 들어 수산화나트륨(NaOH)(0.1±0.05% o.w.f)으로 90±20℃에서 액비 1:30±10으로 20±10분 동안 처리한 후 수세하고 건조기에 넣어 50±10℃에서 1±0.5시간 동안 건조하는 과정으로 수행될 수 있다.
VR의 표백은 예를 들어 과붕산나트륨(NaBO3·4H2O)(5±2% o.w.f)으로 70±20℃에서 액비 1:30±10으로 1±0.5시간 동안 처리한 후 수세하고 건조기에 넣어 50±10℃에서 1±0.5시간 동안 건조하는 과정으로 수행될 수 있다. 울은 표백하지 않고 정련만 실시하여 사용할 수 있다.
본 발명의 제2실시형태에 따른 귤피의 염색방법은 선 매염(pre-mordanting) 방법으로서: 선 매염은 염색 전에 매염을 먼저 수행하는 것을 의미한다. 이 실시형태의 염색 방법은 귤피 염료를 제조하는 단계; 키토산 및 셀룰로오스 나노섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 매염제로 직물을 선 매염하는 단계; 및 선 매염된 직물을 귤피 염료로 염색하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 귤피 염료를 제조한다. 귤피 염료의 제조는 동시 매염에서 설명한 것과 동일하거나 유사할 수 있다.
다음, 매염제로 직물을 선 매염한다. 매염제는 매염액(매염제 용액) 형태일 수 있다. 매염액은 물에 매염제를 첨가한 용액일 수 있다. 매염제로는 키토산, 아세트산, 및/또는 CNF를 사용할 수 있다. 선 매염 후에 별도의 직물 세척(수세) 없이 후속 공정(예를 들어, 염색 공정)을 진행할 수 있다.
선 매염은 예를 들어 1±0.5% 농도(w/w)의 키토산-아세트산 용액 및 0.5±0.2% o.w.f의 CNF 용액에 VR과 울을 1:50±10의 액비로 침지하고 핫 플레이트를 이용하여 상온(20±10℃)에서 24±5시간 동안 300±50 rpm으로 교반한 후 수세하지 않고 상온(20±10℃)에서 건조하는 과정으로 수행될 수 있다. 이때, 침지 순서로는, 먼저 CNF 용액에 침지한 후, 키토산 초산 용액에 침지할 수 있다. 여기서, 액비는 직물 대 매염액의 중량 비율을 의미한다.
다음, 선 매염된 직물을 귤피 염료로 염색한다. 염액은 귤피 추출액일 수 있다. 염색 공정은 예를 들어 추출한 염액을 액비 1:50±10으로 하여 각각 70±20℃에서 1±0.5시간 동안 염색한 후 수세하고 건조기에 넣어 50±10℃에서 1±0.5시간 동안 건조하는 과정으로 수행될 수 있다. 여기서, 액비는 직물 대 염액의 중량 비율을 의미한다.
직물은 선 매염 전에 정련 및/또는 표백될 수 있다. 정련 및 표백은 동시 매염에서 설명한 것과 동일하거나 유사할 수 있다.
[실시예]
본 실시예에서는 비스코스 레이온(VR)과 울 직물에 대해 셀룰로오스 나노섬유(CNF)와 키토산을 처리하여 귤피의 염색성 및 견뢰도의 변화에 대해 알아보았다.
실험
1. 시료 및 시약
실험에 사용된 시험포는 ISO 인증을 받은 Testfabrics, Inc.의 비스코스 레이온(VR) 및 대구의 재래시장인 서문시장에서 구매한 울(wool)이며, 특성은 표 1과 같다.
귤피로는 경북 영천의 ㈜동우당제약의 국산 귤피차 티백을 사용하였다. 귤피의 구조는 도 1a와 같다.
정련과 표백에 사용한 시약인 탄산나트륨과 과붕산나트륨 및 수산화나트륨으로는 대정화금㈜(DAEJUNG CHEMICALS & METALS Co., LTD, Korea)의 제품을 사용하였다.
매염제인 CNF로는 하이드로젤(hydrogel) 상태로 ANPOLY Inc.(한국)에서 제조한 1 wt%, 2 wt%, 3 wt% CNF(상표명 POLYCELLUTM T-CNF)를 사용하였다. CNF의 구조는 도 1b와 같다.
매염제인 키토산으로는 ACROS ORGANICS(Belgium)의 키토산(Mw 100.000-300.000) 제품을 사용하였다.
Fabric Fiber
Content		 Weave Yarn
Count		 Density
(Warp×
Weft/㎠)		 Thickness
(mm)		 Weight
(g/㎡)
VR 100% Plain 248D 31×23 0.258 148
Wool 100% Plain 26's 24×18 0.313 148
2. 실험 방법
(1) 정련
VR의 정련은 탄산나트륨(Na2CO3)(10% o.w.f)으로 100℃에서 액비 1:50으로 1시간 동안 처리한 후 수세하고 건조기(JSGI-100T, JS Research INC., Korea)에 넣어 50℃에서 1시간 동안 건조하는 과정으로 수행되었다.
울의 정련은 수산화나트륨(NaOH)(0.1% o.w.f)으로 90℃에서 액비 1:30으로 20분 동안 처리한 후 수세하고 건조기(JSGI-100T, JSR, Korea)에 넣어 50℃에서 1시간 동안 건조하는 과정으로 수행되었다.
(2) 표백
정련한 VR을 과붕산나트륨(NaBO3·4H2O)(5% o.w.f)으로 70℃에서 액비 1:30으로 1시간 동안 처리한 후 수세하고 건조기(JSGI-100T, JSR, Korea)에 넣어 50℃에서 1시간 동안 건조하여 사용하였고, 울은 표백하지 않고 정련하여 사용하였다.
(3) 귤피 염액 추출
염액으로는 귤피를 0.2 cm로 잘게 잘라 폴리아미드 여과지에 넣은 귤피 티백 20 g을 증류수 1 L에 넣고 핫 플레이트(JSHS-18D, JSR, Korea)를 이용하여 100℃에서 2시간 동안 끓인 후 티백을 건져내고 남은 추출액을 사용하였다. 이 염액의 pH는 5.0이었다.
(4) 선 매염 및 염색
선 매염의 경우, 1% 농도(w/w)의 키토산-아세트산 용액 및 0.5% o.w.f의 CNF 용액에 VR과 울을 1:50의 액비로 침지하고 핫 플레이트(JSHS-18D, JSR, Korea)를 이용하여 상온에서 24시간 동안 300 rpm으로 교반한 후 수세하지 않고 상온에서 건조하는 과정으로 수행되었다(도 2a 참고).
이때, 침지 순서로는, 먼저 0.5% CNF 용액에 액비 1:50의 조건으로 핫 플레이트(JSHS-18D, JSR, Korea)를 이용하여 300 rpm으로 24시간 동안 침지한 후, 1% 키토산 초산 용액에 액비 1:50으로 24시간 동안 침지하였다.
염색의 경우, 추출한 염액을 액비 1:50으로 하여 각각 70℃에서 1시간 동안 염색한 후 수세하고 건조기(JSGI-100T, JSR, Korea)에 넣어 50℃에서 1시간 동안 건조하는 과정으로 수행되었다(도 2a 참고).
(5) 동시 매염
몰 농도가 다른 CNF로 동시 매염을 하는 경우, CNF 1 wt%, CNF 2 wt%, CNF 3 wt%의 나노셀룰로오스를 0.5% o.w.f 농도로 사용하기 위해 나노셀룰로오스 0.5 g을 직물 무게(1 g) 대비 1:50으로 귤피 염액에 동시 첨가하여 사용하였다.
몰 농도가 다른 CNF와 키토산 초산 용액으로 염색하는 경우, 1% 키토산 초산 용액을 제조하여 귤피 염액과 1:1의 비율로 섞고 CNF 1 wt%, CNF 2 wt%, CNF 3 wt%의 나노셀룰로오스를 0.5% o.w.f 농도로 사용하기 위해 나노셀룰로오스 0.5 g을 직물 무게(1 g) 대비 1:50으로 1% 키토산 초산 귤피 염액에 동시 첨가하여 사용하였다.
모든 조건은 70℃에서 1시간 동안 핫 플레이트(JSHS-18D, JSR, Korea) 위에서 300 rpm으로 교반하여 1회 염색한 후 수세하고 건조기(JSGI-100T, JSR, Korea)에 넣어 50℃에서 1시간 동안 건조하였다(도 2b 및 도 3 참고). 표 2에는 VR과 울의 매염조건을 나타내었다.
Sample Condition
1 Untreatment
2 Premordant chitosan 1 wt%
3 Premordant CNF 1 wt%
4 Premordant CNF 2 wt%
5 Premordant CNF 3 wt%
6 Premordant CNF 1 wt% + Chitosan
7 Premordant CNF 2 wt% + Chitosan
8 Premordant CNF 3 wt% + Chitosan
9 Simultaneous CNF 1 wt%
10 Simultaneous CNF 2 wt%
11 Simultaneous CNF 3 wt%
12 Simultaneous CNF 1 wt% + Chitosan
13 Simultaneous CNF 2 wt% + Chitosan
14 Simultaneous CNF 3 wt% + Chitosan
(6) 표면색의 측정
표면색의 측정을 위해 분광광도계(COLOR-EYE 3100, Macbeth®, USA)를 사용하여 L*, a*, b*, C, h, K/S 값을 측정하였다. 각 시료에 대해 5회 반복하여 측정한 평균값을 구하였으며, K/S는 Kebellka-Munk 식(1)에 의하여 D-65 광원 조건으로 360-750 nm 범위에서 최대 흡광도와 최소 반사율을 나타내는 값을 산출하였다. ΔE는 측정된 명도지수 L*, 색 좌표지수 a*, b*를 이용하여 식(2)에 따라 산출하였다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서,
K: Absorption coefficient
S: Scattering coefficient
R: Reflectance coefficient(0<R≤1) at λmax
[수학식 2]
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
, brightness
Figure pat00004
, red-green
Figure pat00005
, yellow-blue
(7) 염색 견뢰도
마찰 견뢰도는 50 mm × 140 mm인 시험편에 9±0.2 N의 하중을 아래로 가하면서 시험편 상의 104±3 mm 직선을 따라 초당 1회 왕복속도로 20회 마찰시키는 건식마찰과 습식마찰을 실시한 후 오염용 표준 회색 색표를 사용하여 마찰포의 오염을 평가하는 KS K ISO 105-X12: 2016 크로크미터법에 준하여 측정하였다.
세탁 견뢰도는 40℃에서 30분간 0.4% ECE 표준세제를 물에 녹인 150 ml 액량에 10ea 구슬로 실험하여 변퇴 및 오염의 정도를 판정하는 KS K ISO 105-C06: 2010 A1S법을 사용하였다.
일광 견뢰도는 XENON-ARC-LAMP 조건 하에 20시간 실험하여 기준 시험포인 표준 청색 염포와 비교하는 KS K ISO 105-B02: 2014 제논아크법을 사용하였다.
(8) 항균성
항균성은 항균 가공 직물과 대조 시험편에 시험균을 접종하여 배양한 후 생균수를 측정하여 항균 가공 직물과 대조 시험편을 비교 및 판정하는 KS K 0693: 2016에 준하여 측정하였다. 이를 위해 사용한 공시 균주는 Staphylococcus aureus (ATCC 6538) 및 Klebsiella pneumoniae (ATCC 4352)이다.
[수학식 3]
Figure pat00006
여기서,
Ma: 대조 시험편의 18h 배양 후의 생균수(3검체의 평균값)
Mb: 시험편의 18h 배양 후의 생균수(3검체의 평균값)
결과
1. CNF 및 키토산의 첨가에 따른 표면색 변화
귤피 염색의 색채는 대부분 고-명도 저-채도의 황색(yellow) 계열로 보고되고 있다. 본 실험에서는 VR보다 울이 높은 b*, ΔE 값을 가지며, 황색 계열의 높은 염색성을 보여주었다. 이는 VR과 달리 울은 분자구조 내에 염착을 용이하게 하는 아민기(-NH2)가 존재하여 조색단 역할을 함으로써 염료의 염착성이 높은 것으로 사료된다.
표 3 및 표 4는 귤피 추출액과 매염제인 CNF, 키토산을 첨가하여 염색한 VR과 울의 L*, a*, b*, C, h 값과 색상을 나타낸 표이다. VR의 CNF와 키토산 처리한 샘플 6부터 8을 제외한 모든 샘플이 a*값은 (-)를 보이고, b*값은 (+)를 보여 녹색-황색(green-yellow) 계열의 색상을 나타내었다. VR의 CNF와 키토산 처리한 샘플 6부터 8은 a*, b* 값 모두 (+)를 보여 적색-황색(red-yellow) 계열을 나타내었다. 또한 VR의 샘플 6부터 8을 제외한 L* 값과 h값이 울보다 높아 VR이 울보다 밝은 색을 보였다.
염색 후 표면색을 측정한 결과, VR은 동시 매염(샘플 9부터 샘플 14)보다 선 매염(샘플 3부터 샘플 8)한 후의 겉보기 색과 채도가 높았다. VR을 CNF로 처리한 후 키토산으로 처리한 시료(샘플 6부터 샘플 8)의 C 값(18.51-19.48)이 모두 높아 채도가 선명하고 a*, b* 값이 모두 크게 증가하였다. 이는 울의 C 값과 큰 차이가 없었다. 특히 a* 값이 다른 조건의 시료는 감소하는 반면, 샘플 6부터 샘플 8은 증가하여 겉보기 색이 브라운으로 보인다. 그러나 VR의 K/S 값은 조건에 따른 큰 차이가 없었다. 몰 농도가 다른 CNF를 첨가하여 선 매염한 시료(샘플 3부터 샘플 8)는 2 wt%에서 a* 값이 높았으나, 동시 매염한 시료(샘플 9부터 샘플 14)는 1 wt%에서 a* 값이 높았다.
도 4는 VR의 몰 농도가 다른 CNF와 키토산을 선 매염한 ΔE 값을 나타낸 그래프이다. 매염하지 않은 VR의 ΔE 값인 2.68에서 CNF 1 wt%는 14.40으로 크게 증가하였으며, 몰 농도가 2 wt%, 3 wt%로 증가함에 따라 ΔE 값이 14.81, 15.32로 증가하였다.
도 5 또한 몰 농도가 증가할수록 ΔE 값이 증가함을 나타낸 그래프이다. 이는 몰 농도가 다른 CNF와 키토산을 동시 매염한 ΔE 값을 나타낸 그래프이고, 매염하지 않은 VR의 경우 2.58로서, CNF 1 wt%로 매염한 값인 2.58과 동일하였으며, CNF의 몰 농도가 2 wt%, 3 wt%로 증가하면서 ΔE 값이 2.87, 3.03으로 증가하였다. 이를 통해 CNF의 몰 농도가 증가할수록 염착성이 높아짐을 알 수 있었다.
염색 후 표면색을 측정한 결과, 울은 VR과 C 값을 비교하였을 때 VR보다 높은 채도를 보였다. 몰 농도가 다른 CNF로 매염한 경우(샘플 3부터 샘플 5, 샘플 9부터 샘플 11) 2 wt%에서 가장 b* 값이 높았다. 울 또한 VR과 같이 동시 매염(샘플 9부터 샘플 14)보다 선 매염(샘플 3부터 샘플 8)한 후의 겉보기 색과 채도가 높으나, CNF의 몰 농도와 상관없이 큰 차이는 나지 않았다.
도 6은 귤피 추출액과 매염제인 CNF와 키토산을 첨가하여 염색한 울의 K/S 값을 나타낸 그래프로서, CNF의 몰 농도가 증가하여도 K/S 값이 1.42에서 2.76 사이로 큰 차이가 없었다.
표 3은 귤피 추출액으로 염색된 VR의 L*, a*, b*, C, 및 h 값을 나타낸다. 표 4는 귤피 추출액으로 염색된 울의 L*, a*, b*, C, 및 h 값을 나타낸다.
Fabric Sample L * a * b * C h Color
VR None 89.04 -0.43 2.20 2.24 101.09
Figure pat00007
1 88.92 -1.44 3.79 4.05 101.77
Figure pat00008
2 87.34 -1.08 5.23 4.05 101.31
Figure pat00009
3 86.29 -2.37 7.58 7.94 107.34
Figure pat00010
4 87.67 -2.16 7.20 7.51 106.70
Figure pat00011
5 87.30 -2.17 7.07 7.40 107.06
Figure pat00012
6 64.19 2.18 18.38 18.51 83.24
Figure pat00013
7 62.39 2.76 17.97 18.18 81.28
Figure pat00014
8 62.28 2.73 19.28 19.48 81.93
Figure pat00015
9 87.84 -1.84 4.80 5.14 111.01
Figure pat00016
10 88.18 -1.86 4.82 5.17 111.08
Figure pat00017
11 88.14 -1.84 4.82 5.16 110.96
Figure pat00018
12 86.84 -1.42 4.69 4.91 106.84
Figure pat00019
13 86.97 -1.46 5.10 5.31 105.92
Figure pat00020
14 86.89 -1.52 5.27 5.48 106.13
Figure pat00021
Fabric Sample L * a * b * C h Color
Wool None 83.73 -1.35 9.55 9.64 98.07
Figure pat00022
1 77.02 -1.64 22.81 18.28 97.26
Figure pat00023
2 76.35 -0.07 20.73 20.73 96.12
Figure pat00024
3 77.06 -1.68 21.18 21.24 94.54
Figure pat00025
4 76.95 -1.66 22.15 22.21 94.27
Figure pat00026
5 77.82 -1.87 20.32 20.41 95.25
Figure pat00027
6 74.01 -0.52 21.98 21.98 91.37
Figure pat00028
7 75.02 -0.87 21.46 21.48 92.33
Figure pat00029
8 74.72 -0.93 20.96 20.98 92.53
Figure pat00030
9 79.23 -2.38 19.67 19.81 96.90
Figure pat00031
10 79.13 -2.40 20.11 20.25 96.81
Figure pat00032
11 79.12 -2.38 19.92 20.07 96.81
Figure pat00033
12 80.19 -2.28 18.30 18.44 97.12
Figure pat00034
13 80.62 -2.35 17.32 17.48 97.71
Figure pat00035
14 80.26 -2.13 18.40 18.52 96.60
Figure pat00036
2. CNF 및 키토산 첨가에 따른 염색 견뢰도
표 5에 VR과 울의 마찰 견뢰도를 제시하였다. VR과 울 모두 마찰 견뢰도가 4-5 등급을 나타내어, 귤피 염색은 마찰 견뢰도가 우수한 것으로 확인되었다.
표 6은 VR과 울의 세탁 견뢰도를 나타낸 표이며, 오염은 선 매염 CNF를 제외하고 모두 4-5 등급을 나타내어 우수하였다. 그러나 VR의 변퇴색은 3-4 등급을 나타내었고, 울은 무-매염인 경우가 매염을 한 경우보다 높은 등급을 나타내었다.
일광 견뢰도는 표 7과 같이 VR이 대부분 4 이상의 등급을 나타내며, 울이 대부분 3등급을 나타내는 것보다 높게 나타났다. VR과 울 모두 매염하지 않거나 키토산으로 선 매염한 경우보다 일광 견뢰도가 좋은 것으로 확인되었다. 선행연구에 따르면 대부분의 천연염료가 일광 견뢰도가 좋지 못한 것과 달리, 귤피 염료를 이용해 염색한 VR의 일광 견뢰도는 좋으나, 울은 그렇지 못하였다.
표 5는 귤피 추출액으로 염색된 VR과 울의 마찰 견뢰도, 표 6은 귤피 추출액으로 염색된 VR과 울의 세탁 견뢰도, 표 7은 귤피 추출액으로 염색된 VR과 울의 일광 견뢰도를 나타낸다.
Fabric Treatment Rubbing
Dry Wet
Warp Weft Warp Weft
VR Untreatment 4-5 4-5 4-5 4-5
Pre-CNF 4-5 4-5 4-5 4-5
Pre-Chitosan 4-5 4-5 4-5 4-5
Pre-CNF+Chitosan 4-5 4-5 4-5 4-5
Sim-CNF 4-5 4-5 4-5 4-5
Sim-CNF+Chitosan 4-5 4-5 4-5 4-5
Wool Untreatment 4-5 4-5 4-5 4-5
Pre-CNF 4-5 4-5 4-5 4-5
Pre-Chitosan 4-5 4-5 4-5 4-5
Pre-CNF+Chitosan 4-5 4-5 4-5 4-5
Sim-CNF 4-5 4-5 4-5 4-5
Sim-CNF+Chitosan 4-5 4-5 4-5 4-5
Fabric Treatment Washing
Color change Stain
Cotton Rayon Wool
VR Untreatment 3-4 - 4-5 4-5
Pre-CNF 3-4 - 4-5 4-5
Pre-Chitosan 3-4 - 4-5 4-5
Pre-CNF+Chitosan 3-4 - 4-5 4-5
Sim-CNF 3-4 4-5 4-5 -
Sim-CNF+Chitosan 4 4-5 4-5 -
Wool Untreatment 4-5 4-5 - 4-5
Pre-CNF 3-4 4-5 - 4
Pre-Chitosan 4 4-5 - 4-5
Pre-CNF+Chitosan 3-4 4-5 - 4-5
Sim-CNF 4 4-5 - 4-5
Sim-CNF+Chitosan 3 4-5 - 4-5
Fabric Treatment Light
Color change
VR Untreatment 4
Premordant chitosan 1 wt% 4
Premordant CNF 1 wt% above 4
Premordant CNF 2 wt% above 4
Premordant CNF 3 wt% above 4
Premordant CNF 1 wt% + Chitosan 4
Premordant CNF 2 wt% + Chitosan above 4
Premordant CNF 3 wt% + Chitosan 4
Simultaneous CNF 1 wt% above 4
Simultaneous CNF 2 wt% above 4
Simultaneous CNF 3 wt% above 4
Simultaneous CNF 1 wt% + Chitosan above 4
Simultaneous CNF 2 wt% + Chitosan above 4
Simultaneous CNF 3 wt% + Chitosan above 4
Wool Untreatment 2-3
Premordant chitosan 1 wt% 2-3
Premordant CNF 1 wt% 3
Premordant CNF 2 wt% 3
Premordant CNF 3 wt% 3
Premordant CNF 1 wt% + Chitosan 3
Premordant CNF 2 wt% + Chitosan 2-3
Premordant CNF 3 wt% + Chitosan 2-3
Simultaneous CNF 1 wt% 2-3
Simultaneous CNF 2 wt% 3
Simultaneous CNF 3 wt% 3
Simultaneous CNF 1 wt% + Chitosan 3
Simultaneous CNF 2 wt% + Chitosan 3
Simultaneous CNF 3 wt% + Chitosan 3
3. CNF 및 키토산 첨가에 따른 항균성
귤피 추출액으로 염색한 VR과 울의 항균성을 표 8에 제시하였다. VR의 항균성은 울의 항균성보다 높게 측정되었으며, VR의 CNF 및 키토산으로 동시 매염한 결과 황색포도상구균에 대한 항균성이 99.5%로 높았다. 특히, 폐렴구균에 대한 항균성은 99.3%로서, CNF로 선 매염한 조건과 큰 차이가 나지 않았다. 표 8은 귤피 추출액으로 염색된 VR과 울의 항균성을 나타낸다.
Fabric Treatment Antimicrobial activity(%)
S.aureus
(ATCC 6538)		 K.pneumoniae
(ATCC 4352)
VR Pre-CNF 97.0 99.7
Sim-CNF+Chitosan 99.5 99.3
Wool Pre-CNF 85.7 78.8
결론
본 실시예에서는 비스코스 레이온(VR)과 울 직물에 대해 셀룰로오스 나노 섬유(CNF)와 키토산을 처리하여 귤피의 염색성 및 견뢰도에 대해 알아보았다.
1. 동시 매염의 경우 CNF보다 CNF와 키토산을 함께 넣은 염액에서 염색하였을 때 염색성이 좋았으며, 그 차이는 울에서 더 크게 나타났다. 또한, 어떠한 조건보다 울은 CNF와 키토산을 동시 매염한 경우 염색성이 좋게 나타났다. VR은 CNF와 키토산을 섞었을 때 선 매염을 한 경우가 동시 매염을 한 경우보다 염색성이 좋았다.
2. 귤피로 염색한 마찰 견뢰도는 모두 우수하였으며, 일광 견뢰도는 VR이 울보다 우수하였다. 선행 연구의 천연 염색이 일광 견뢰도에 취약한 것과 비교하여 VR의 일광 견뢰도는 우수하였으며, 울의 낮은 일광 견뢰도의 해결을 위한 후속 연구가 필요해 보인다.
3. 항균성은 VR이 울보다 높았으며, 특히 황색포도상구균에 대한 항균성이 우수하였다. 그러나 울의 항균성이 좋지 못한 것에 대한 후속 연구가 필요해 보인다.
CNF에 키토산을 섞으면 키토산을 선 매염하는 것만큼 우수한 염색성을 얻을 수 있으며, 동시 매염을 통해 공정 과정을 줄일 수 있었다. 뿐만 아니라 VR의 경우 포도상구균에 대한 항균성도 좋은 것으로 나타났다. 따라서, 동시 매염 시 CNF에 키토산을 섞으면 염색성이 우수해지며, 공정 과정을 줄일 수 있어 효과적으로 염색할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (6)

  1. 염료로서 귤피를 이용하고,
    매염제로서 키토산 및 셀룰로오스 나노섬유 중에서 선택되는 1종 이상을 이용하여,
    직물을 염색하는 귤피의 염색방법.
  2. 제1항에 있어서,
    키토산은 아세트산과 함께 매염제로서 사용되는 귤피의 염색방법.
  3. 제1항에 있어서,
    매염제는 키토산, 셀룰로오스 나노섬유 및 아세트산의 조합인 귤피의 염색방법.
  4. 제1항에 있어서,
    직물은 비스코스 레이온 또는 울인 귤피의 염색방법.
  5. 제1항에 있어서,
    귤피 염료를 제조하는 단계; 및
    키토산 및 셀룰로오스 나노섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 매염제 및 귤피 염료의 혼합물로 직물을 동시 매염 및 염색하는 단계를 포함하는 귤피의 염색방법.
  6. 제1항에 있어서,
    귤피 염료를 제조하는 단계;
    키토산 및 셀룰로오스 나노섬유 중에서 선택되는 1종 이상의 매염제로 직물을 선 매염하는 단계; 및
    선 매염된 직물을 귤피 염료로 염색하는 단계를 포함하는 귤피의 염색방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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ES2973166A1 (es) * 2023-11-22 2024-06-18 Aida Nano Sl Método de tintado de tejidos y fibras con nanofibras de celulosa fibras de celulosa y aditivo para la puesta en práctica del mismo

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ES2973166A1 (es) * 2023-11-22 2024-06-18 Aida Nano Sl Método de tintado de tejidos y fibras con nanofibras de celulosa fibras de celulosa y aditivo para la puesta en práctica del mismo

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