I.Introduction

21세기에 들어 고령화 사회로의 이행이 가속화 됨에 따라 생활공간의 쾌적성에 대한 중요성이 더 욱더 강조되는 경향이 있으며, 쾌적성은 외관뿐만 아니라 건강측면으로부터 항균, 소취, VOC(휘발성 유기화합물) 제거, 방오, 방곰팡이와 같은 기능이 요구된다. 즉, 건강과 안전을 지향하는 사회의 풍조 가 강해짐에 따라 합성만능에서 천연물로의 회귀 를 추구하는 것이 최근의 추세이며, 이중 가장 관 심거리를 꼽는다면 웰빙(well-being)이라는 개념일 것이다.

이와 같은 경향은 각종 섬유제품의 생산 등에도 영향을 미쳐 기능성 제품이나 위생적이고 건강지 향적인 제품에 대한 소비자의 욕구가 날로 증대되 고 있다. 또한 날로 심각해지는 각종 환경오염에 대한 선진국들의 규제 움직임에 따라 환경친화적 인 소재 및 가공에 대한 관심이 더욱 커지고 있으 며, 자연으로의 회귀를 추구하는 사회적인 경향과 더불어 염색가공분야에서도 천연염료를 사용한 염 색법 등 친환경적, 천연지향적인 가공방법에 대한 관심이 높아지고 있다.

천연염료는 특유의 은은하고 차분하며, 깊이 있 는 합성염료와는 다른 미려하고 감성적인 색감을 창출할 수 있고, 인체에의 무해성, 환경오염을 유발 하지 않는 친환경적 염색방법 및 항균, 소취, 항알 레르기성 등의 기능성을 부여할 수 있는 등의 장점 을 갖고 있어, 이에 대한 연구와 실용화에 대한 관 심이 고조되고 있다. 그동안 천연염색은 전통적으 로 사용되어온 염재들을 중심으로 연구가 주로 이 루어져 왔으나, 최근에는 라벤다(Park, 2006), 참소 리쟁이(Son & Shin, 2006), 까마중(Park, 2007), 산 비장이(Hwangbo et al, 2006), 유채(Bai, 2005), 감초 (Lee & Jang, 2010), 벚나무(Yi et al., 2010), 감국 (Hong, 2010), 두충(Jung & Suh, 2001), 갓(Lee & Jang, 2003), 헤나(Park & Oh, 2004), 향장 월계수 (Bae et al., 2004), 결명자(Dho & Kang, 2005), 백년 초(Kim et al., 2007), 오디(Bai, 2008), 안나토(Han et al., 2008), 미생물(Choi & Kim, 2009) 등 새로운 염재 및 전통염재를 확대 응용하고자 하는 연구 등 이 보고되고 있으며, 천연염색의 산업화와 대중화 를 위한 천연색소의 대량생산 및 산업화가 가능한 물질에 대한 탐구 또한 활발하다(Kim, 2012).

삽주는 국화과에 속하는 다년생 초본식물로서 그 근경을 건조∙가공한 것을 창출 또는 백출이라 하여 생약재로 이용되고 있다. 가공된 근경의 종에 따라 우리나라에서는 Atractylodes japonica와 A. macrocephala 를 백출로 규정하고 있다(Bang et al., 2004).

삽주의 근경을 가공한 생약재로서 백출은 지표 물질로서 atractylon, 3-β-hydroxyatratylon, selina-4 (14), 7 (11)-dien-8-one과 terpene류의 화합물이 다량 으로 함유되어 있고, 또한 hinesol, β-eudesmol 등 과 serine, aspartic acid 등 14종의 아미노산이 함유 되어 있어 구황식물로 이용되기도 하였다(Park, 1999). 근경에 함유된 이러한 기능성 성분이 健胃, 淸熱, 利尿, 止汗, 鎭痛, 風濕, 惡性腫氣등의 효능을 보이 는 것으로 알려져 있어, 민간요법으로 인삼, 대추, 생강, 율무 등과 혼합하여 탕약으로, 그 절편을 튀 김으로 이용하기도 한다. 한편, 한방에서는 다른 약 재의 효능을 증가시키는 보조재로서 장기복용이 가 능한 십전대보탕, 소화제, 감기약에 주로 처방되고 있으며, 최근에는 임상시험 결과, 위궤양 예방 효 과, 간 재생 촉진, 항종양 기능이 있는 것으로 보고 되고 있다. 따라서 삽주는 유용한 기능성 물질을 함유하고 있고, 용도와 효능이 다양하여 소비를 확 대할 수 있는 조건을 충분히 갖춘 약용작물이라 할 수 있다. 최근 삽주는 유용한 기능성 물질을 함유 하고 있고, 용도와 효능이 다양하여 소비를 확대할 수 있는 약용작물로 인정되어 다양한 분야에서의 연구가 진행되고 있다.

본 연구에서는 자연물질인 삽주(백출)를 이용, 견직물 염색시 염색조건에 따른 염색성, 매염에 의 한 염착량, 각종 염색견뢰도의 변화, 항균성 등의 기능성을 평가하여, 웰빙 패션소재 제조용 천연염 료로서의 삽주의 사용 가능성을 확인하고 최적조 건을 확립하고자 하였다.

II.Experimental

1.Materials

시중 시판 견직물을 정련하여 시료로 사용하였 으며, 그 특성은 (Table 1)과 같다. 삽주는 시중 약 제상에서 구입하여 사용하였다. 매염제인 Al 매염 제(AlK(SO₄)₂∙H₂O), Fe 매염제(FeSO₄∙7H₂O), Cu 매염제(CuSO₄∙5H₂O) 및 기타 시약 등은 1급 시약 을 그대로 사용하였다.

2.Preparatin of dye

삽주(백출) 100g을 증류수 1L에 첨가한 후 100°C 에서 60분 동안 추출한 다음 색소 추출액을 여과하 여 염료원액으로 사용하였다.

3.Dyeing

삽주 색소 추출액를 이용, 견직물에 욕비 1:100, 색소농도 10~100% v/v, 염색온도 50~90°C, 염색시 간 20~120분, pH 2~11로 변화시키면서 IR염색기 (Daelim Starlet Engineering, Model DL-6000)를 이 용, 염색한 다음 염착량(K/S)을 비교분석하여 최적 색소 추출액농도, 염색온도, 염색시간 및 pH의 영 향을 고찰하였다.

4.Mordantig

매염제로 Al, Cu, Fe 등을 사용, 염색공정조건 등에서 확인된 최적조건을 이용하여 욕비 1:100, 40°C에서 20분간 선매염 및 후매염하고, 욕비 1:100, 색소 추출액농도 100% v/v, 80°C에서 80분간 염색 을 실시하였다. 매염에 의한 최적조건 설정을 위하 여 각 매염제 종류, 농도(1~5% o.w.f.) 및 매염법에 따른 염착량을 비교 고찰하였다.

5.Color measurement

Handy type colormeter(Color System Co. Model JX 777)를 사용하여 400에서 700nm 사이를 10nm 간격으로 표면반사율을 측정한 후 Kubelka-Munk 식에 의해 K/S 값을 측정하여 염색성을 비교 고찰 하였다.

K/S=(1－R)²/2R

여기서 R: 표면반사율, K: 흡광계수, S: 산란계수

6.Fastness tests

세탁견뢰도는 Launder-o-meter를 사용하여 KS K ISO 105 C06:2007 A2S법, 일광견뢰도는 Fade-o-meter 를 이용하여 KS K ISO 105 B02:2005법, 마찰견뢰 도는 crock-meter를 사용하여 KS K 0650법, 땀 견 뢰도는 AATCC perspiration tester를 이용하여 KS K 0715법, 드라이클리닝 견뢰도는 Launder-o-meter 를 사용하여 KS K ISO 105 D01:2005법에 준하여 측정하였다.

7.Antibacterial property

항균성 측정은 KS K 0693: 2001에 의하여 공시 균으로 Staphylococcus aureus(ATCC 6538)와 Klebsiella pneumoniae(ATCC 4352)을 사용하여 정균감소율 (bacteria reduction rate)을 측정 평가하였다.

8.UV protection property

미처리 견직물, 삽주 추출 색소로 염색한 견직물 및 매염 처리한 견직물의 UV-A 및 UV-B의 투과율 을 UV-VIS-NIR Spectrophotomer(Varian, CARY 5000) 를 이용 측정한 다음, 다음 식을 사용 계산하였다.

UV 투과율(%)=(T/B)×100

UV 차단율(%)=100－UV 투과율(%)

여기서 T: 시료를 통과한 UV 투과량

B: 공기를 통과한 UV 투과량

III.Result and Discussion

1.Effect of dyeing conditions

Fig. 1은 염색온도 80°C, 염색시간 80분에서 염 색하였을 때 색소농도 10~100% v/v에 따른 K/S 값 의 변화를 나타낸 것이다. 색소농도가 증가할수록 K/S 값은 꾸준히 증가하여 100% v/v에서 최대 K/S 값을 나타내었다. 이와 같이 삽주 추출 색소농도가 증가할수록 염색성은 증가하는 경향을 나타냈는데, 이는 염욕에서의 색소농도가 증가할수록 더 많은 염료들이 견직물로 이동하여 염착됨으로써 색의 깊 이가 더욱 강하게 되기 때문이라고 생각된다(Shin et al., 2008). (Fig. 1)의 결과로부터 색소 추출액 원 액을 그대로 사용한 조건인 100% v/v에서 최대 염 색성이 나타난다고 판단되었다.

(Fig. 2)는 삽주 색소농도 100% v/v, 80분으로 염 색하였을 때 염색온도에 따른 염색성(K/S)의 변화 를 나타낸 것이다. 염색온도가 증가할수록 염색성 은 증가하여 염색온도 80°C에서 최대 K/S 값을 보 였으며, 그 이상의 온도에서는 약간 저하하는 경향 을 나타내었다. 색소분자들의 집합체는 염색온도가 증가할수록 감소하여 섬유 내부로의 색소들이 용이 하고 빠르게 확산할 수 있으므로 염색온도가 증가할 수록 염색성은 증가하는 것으로 판단되어지며(Trotman, 1975), 본 실험조건에서 최대 K/S 값을 나타내는 염색온도는 80°C로 견 특유의 촉감 및 섬유의 손상 방지를 위하여서는 80°C로 염색하는 것이 적절하 다고 사료된다.

삽주 추출 색소농도 100% v/v, 염색온도 80°C에서 염색하였을 때 염색시간에 따른 염색성의 변화를 (Fig. 3)에 나타내었다. 염색시간 80분까지의 삽주 추 출 색소들의 흡착은 빠르게 진행되어 염색성은 뚜렷 하게 증가하는 것을 알 수 있었으며, 염색시간 80분 에서 K/S 값 10.83으로 최대 염색성을 나타낸 후 그 이상의 시간에서는 저하하였으나, K/S 값 8.16~8.24로 거의 평형에 도달하는 경향을 나타내었다. 이는 염색 시간 80분까지 견직물 내에 염착할 수 있는 삽주 추 출 색소의 양이 포화상태에 이르러, 그 이상 염색시 간이 증가하더라도 더 이상의 염색성(K/S)의 증가는 나타내지 않는다고 생각되어진다. 따라서 본 실험조 건에서 적정 염색시간은 80분이라고 사료된다.

삽주 색소농도 100% v/v, 80°C에서 80분간 염색 하였을 때 염욕의 pH가 염색성에 미치는 영향을 (Fig. 4)에 나타내었다. 염욕이 산성으로 변함에 따 라 염색성은 증가하는 경향을 나타내었으며, pH 3 에서 최대 염색성을 나타내었다. 이는 염욕 중의 pH 가 등전점 이하인 산성욕에서 섬유는 염기성 아미 노기가 해리(–NH₃⁺)하게 되므로 양이온성을 띠게 되고, 삽주 추출염액의 색소성분들이 산 가수분해 에 의해 당이 해리되면서 음이온성이 되어 이온결 합이 형성되면서 높은 염색성을 나타내는 것으로 사료된다(Bai, 2010). 그러나 염욕 중의 pH가 등전 점 이상이 되면 섬유는 음이온성을 띠게 되어 색소 성분들과의 사이에 전기적 반발력이 생기게 되므 로 염착이 방해를 받아 염색성은 저하하며, 염욕의 pH가 더욱 높은 알칼리성이 되면 섬유 전체의 하 전은 더욱 음이온성이 높은 상태가 되어 염료와의 이온적 결합은 더욱더 곤란하게 되므로 염색성은 크게 저하하는 결과를 나타낸다고 사료된다. Fig. 4 의 결과로부터 염욕의 pH가 감소할수록 염색성은 증가하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다.

2.Effect of mordanting conditions

(Fig. 5)와 (Fig. 6)은 매염제의 종류, 매염제 농도 및 매염방법에 따른 염색성(K/S)의 변화를 나타낸 것으로 (Fig. 5)는 선매염한 견직물의 K/S 값의 변화 를 나타낸 것이다. 염색조건은 색소농도 100% v/v, 염색온도 80°C, 염색시간 80분이었으며, 매염제에 따른 최대흡수 파장대의 변화는 관찰되지 않아 400nm 에서의 K/S를 측정하였다. Al 매염 시 염색성(K/S) 은 매염제 농도에 따른 큰 변화는 관찰되지 않았으 나, 3% o.w.f.에서 최대 K/S를 보였다. Cu 매염의 경 우, 매염제 농도 3% o.w.f.에서부터 무매염(K/S 10.83) 보다 높은 염착량을 보였으며, 4%에서 최대 K/S 값 을 나타내었다. Fe 매염제는 1~2%(o.w.f.)까지 무매 염에 비해 염착량은 낮았으나 3% 이후 증가하는 경향을 보였으며, 3%에서 최대 K/S 값을 나타내었 다. (Fig. 6)은 후매염 처리한 경우의 K/S 값의 변화 를 나타낸 것으로 Al의 경우 매염제 농도 3%, Cu 5% 및 Fe 매염제의 경우 4% o.w.f.에서 높은 K/S 값을 나타내는 경향을 보였다.

(Table 2) 및 (Table 3)은 삽주 추출 색소로 염색 한 견직물에 대하여 매염제 종류, 매염제 농도 및 매염방법에 따른 표면색의 변화를 나타낸 것으로 L*는 명도를, +a* 방향은 red, –a* 방향은 green 색 상으로의 변화, +b* 방향은 yellow, –b* 방향은 blue 색상으로의 변화를, H는 색상(Hue), V는 명도 (Value), C는 채도(Chroma)를 나타낸 것이다.

(Table 2)는 선매염 처리한 견직물의 표면색 변화 를 나타낸 것으로 명도 L*의 경우, 매염 후 염색 시 미처리 견직물에 비하여 감소하여 색상이 어두워 지는 경향을 보였으며, Fe 매염제의 경우 가장 큰 폭으로 저하하였다. 색감각지수 a*의 경우, 적색 기 미가 증가하는 경향을 나타냈으며, Fe 매염제의 경 우 가장 낮은 적색 기미를 나타내었다. 색감각지수 b*의 경우, 미처리 견직물에 비하여 매염 후 염색 처리한 직물은 황색 기미가 증가하는 경향을 나타 냈으며, Fe 매염제의 경우 가장 낮은 황색 기미 경 향을 나타내었다. 색상은 모든 매염제에서 Y계열 의 색상을 보였다.

(Table 3)은 후매염 처리한 경우의 표면색 변화 로서 매염 처리에 의해 명도는 저하하여 어두워지 는 경향을 나타내고, 모든 매염제 처리의 경우 적 색 기미가 증가하는 경향을 나타내었으며, 색감각 지수 b*의 경우 매염 처리에 의해 황색 기미가 증 가하는 경향을 보였으며, 색상은 Y계열을 나타내 었다. 채도는 무매염 염색 견직물과 비교하여 증가 하는 경향을 나타내었으나, 매염제 농도에 따른 큰 변화는 보이지 않았다.

3.Colorfastness

(Table 4)는 무매염 염색 견직물과 염색 후, 매 염제 농도 Al 3%, Cu 5%, Fe 4% o.w.f.로 40°C에서 20분간 후매염한 견직물의 각종 견뢰도를 측정한 결과이다.

일광견뢰도의 경우, 무매염 염색 견직물에 비해 매염 시 일광견뢰도의 향상을 보여 Al 매염의 경우 4등급, Cu 및 Fe 매염 염색견직물은 3~4등급으로 일반적인 천연염색재료의 경우보다는 높은 일광견 뢰도를 삽주색소의 경우 나타내었다. 드라이클리닝 의 경우, 변퇴색 및 오염이 염색 또는 매염 시 4~5 등급으로 큰 변화를 보이지 않았다. 한편, 세탁견뢰 도는 변퇴색에 있어 Cu 매염 염색 견직물은 저하하 였으나, Al 및 Fe의 경우 1등급 향상 또는 유지하는 결과를 나타내었으며, 오염은 4~5급의 견뢰도를 보 였다. 마찰견뢰도는 매염 및 매염제에 따라 큰 변 화가 없음을 알 수 있었으며, 땀견뢰도의 경우 알 칼리욕 Al 및 Cu 변퇴색의 경우 약간 저하하였으 며, 그 외 견뢰도는 동일하였다. 일반적으로 Al 매 염 시 견뢰도의 저하가 관찰되었으나 그 외 매염제 의 경우에는 큰 변화가 없던지 또는 견뢰도의 향상 이 관찰되었다.

4.Antibacterial property

(Table 4)는 삽주 추출 색소로 색소농도 100%v/v, 염색온도 80°C, 염색시간 80분에서 염색한 견직물과 매염제 농도 Al 3%, Cu 5%, Fe 4%(o.w.f.)로 40°C에 서 20분간 후매염 처리한 견직물의 항균효과를 알 아보기 위하여 황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 과 폐렴간균(Klebsiella pneunmoniae)을 사용, 세균 투여 18시간 이후의 정균율을 조사하여 평가한 항 균성을 나타낸 것이다. 황색포도상구균 및 폐렴간 균에 대해서 염색만 실시한 직물은 거의 항균성을 나타내지 못하였으나, 매염한 직물은 99.9%의 정균 감소율을 보여 뚜렷한 항균효과를 나타내었다. 결 과로부터 삽주 추출 색소의 염색에 의해서는 항균 성을 부여할 수 없음을 알았으며, 염색 및 매염에 의해 항균효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다. (Table 5).

5.UV protection property

자외선 차단율은 시료에 자외선을 투과시켰을 때 투과하지 않은 자외선 백분율을 나타내며, 자외선 차단지수(ultraviolet protection factor, 즉 UPF)는 시 료 없이 투과된 평균 자외선에 대한 시료를 투과한 평균 자외선의 비율을 나타낸다. 자외선은 멜라닌 색소의 전구물질을 산화시켜 멜라닌을 생성하여 피부를 검게 만들며, 피부 노화를 촉진시키는 파장 315~400nm의 자외선 A(UV-A, 장파 장자외선 혹은 근자외선), 피부의 혈관이 확장되고, 혈액의 흐름이 증대되는 Sun-Burn 현상을 초래하며, 피부를 태워 색소 침착을 촉진하는 파장 290~315nm의 자외선 B(UV-B, 중파장 자외선), 살균작용이 있는 파장 180~290nm의 자외선 C(UV-C, 단파장 자외선 혹은 원자외선)로 구분한다. 결과의 표시는 차단율(UV-A 및 UV-B) 및 자외선 차단지수(UPF)로 나타내며, 시 험결과는 소수점 이하 1자리까지 표시하였다. (Table 6).

자외선 UV-A(315~400mm)의 차단율 시험에서 미 염색 직물의 경우인 77.9%에 비해 염색한 경우 94.9%로 삽주 추출 색소에 의한 자외선 차단특성 의 부여를 확인할 수 있었고, 또한 매염 시 96.6~ 98.0%으로 매염에 의해 차단특성이 증가하였으며, UV-B(290~315mm)의 차단율은 미염색 시의 92.4% 에 비교하여 염색 시 96.9%로 차단성능이 부여됨 을 확인하였으며, 매염 시 97.6~98.3%의 차단율을 보였다. 자외선 차단지수(UPF)는 미염색 직물의 9 에 비해 염색 또는 염색 및 매염 시 30 이상이었으 며, Cu 매염 시 50+로 탁월한 차단특성의 부여를 확인할 수 있었다.

IV.Conclusion

삽주 추출 색소를 이용하여 견직물을 염색할 때 염색조건에 따른 염색성, 매염에 의한 염색성 변화, 각종 견뢰도 및 항균성을 분석한 결과, 다음과 같 은 결론을 얻었다.