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ISSN : 1226-0401(Print)
ISSN : 2383-6334(Online)

The Research Journal of the Costume Culture Vol.31 No.2 pp.161-172
DOI : https://doi.org/10.29049/rjcc.2023.31.2.161

Eco-friendly, natural dyeing of linen, ramie, and hemp fabrics using Polygonum tinctoria

Mikyoung Kim†

Concurrent Professor, Dept. of Fashion Industry, Baewha Women’s University, Korea

This paper is a part of a doctoral dissertation.

^†Corresponding author (ewhakmk@hanmail.net)

Received March 17, 2023 Review April 1, 2023 Accepted April 4, 2023

Abstract

In this study, natural dyeing using Polygonum tinctoria was performed with linen, ramie, and hemp, which are biodegradable cellulose fibers, considering environmental aspects. In particular, the impacts of alkali NaOH and reducing agent Na₂S₂O₄ were examined, and the possibilities of minimizing the use and reusing the dye were explored. The surface dye concentrations were found to be in the following order: hemp>linen>ramie. With the increase in all additives, the L^* value decreased, and the ⊿E and K/S values increased gradually. When Na₂S₂O₄ was 1g/L, the surface color of the dye appeared uniformly from the NaOH concentration of 0.4g/L (pH 10.84). When NaOH was 0.4g/L, the K/S values of linen and ramie increased rapidly after 0.4g/L of Na₂S₂O₄, and hemp maintained a stable color from 0.6g/L of Na₂S₂O₄. With the increase in the dye concentration from 1 to 6g/L, all the fibers were dyed uniformly. The K/S value increased or higher doubled upon repeated dyeing six times for 5 min than when dyed only once for 30 min. Therefore, the linen, ramie, and hemp fibers dyed repeatedly exhibited good washing, rubbing, and colorfastness to perspiration, which was rated between 4 and 4–5, and that to light was rated as 5. Moreover, no discoloration due to sunlight was observed. Finally, linen exhibited a bacterial reduction of 99.9%, thereby indicating its excellent antibacterial property.

Key Words : Polygonum tinctoria , natural dyeing , linen , ramie , hemp

친환경을 위한 마직물(아마, 저마, 대마)의 쪽 천연염색에 관한 연구

김 미 경†

배화여자대학교 패션산업학과 겸임교수

초록

키워드 : 쪽 , 천연염색 , 아마 , 저마 , 대마

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Cited-By

Funding:

I. Introduction

건강과 환경에 대한 관심의 증가와 아토피 등 피부질환의 증가로 인체친화성에 대한 관심이 높아지고, 건강을 중심으로 한 기능성 소재 활용범위가 확대되면서 섬 유영역에 있어 친환경적 제품군에 대한 소비자들의 요구가 증대되고 있다. 이에 따 라 천연염색에 대한 관심이 높아지고 있다(Kim, Sang, & Park, 2017). 사회적 흐름에 맞추어 섬유 패션분야 에서는 건강 유지와 증진을 위한 기능성 소재 개발 및 천연소재, 천연염재를 활용한 염색과 같은 자연주의 가 선호되고 있다(Song & Baik, 2006).

염색 과정에서 염료의 폐수 방출은 패션과 텍스타 일의 지속가능성에 대한 주요 해결과제 중 하나로 강 조되고 있다. 염료와 안료의 화학적 처리라는 측면에 서 일부 진전이 있었으나, 가장 효과적 방법은 염색 기법의 기술적 발전에서 나왔다. 예를 들어, 염욕의 재생, 재사용, 소진을 위한 기술들은 폐수와 화학물질 의 사용량 감소에 효과를 보이고 있다(Fletcher, 2008/ 2011). 따라서 염료의 최소화, 염욕의 재생 및 재사용 의 방법을 쪽 천연염색에 적용해보고자 한다.

쪽이란 쪽풀(indigo plant)의 준말로 염재를 의미하 기도 하고, 니람(泥藍), 남옥(藍玉), 남전, 수쿠모와 같 은 쪽빛 염색을 할 수 있는 제품화된 염료를 간단히 쪽이라고 부르기도 한다. 뿐만 아니라 쪽빛[藍色]의 준말로 사용되기도 하는데, 이와 같이 쪽에는 식물명, 염료명, 색명이 모두 포함되어 있다. 색명의 의미로 쪽빛이란 청록색을 지칭하는 고대의 남색이 아니라 오늘날 청색계열의 남색을 말한다(Cho, 2007).

쪽의 염색은 다른 천연염료와는 달리 환원염법에 의해 이루어진다. 쪽에서 추출하는 인디고는 물에 녹 지 않는 색소이며, 알칼리성 환원제에 의해 무색의 화 합물(백람)로 환원되어 용해된다. 이 화합물이 섬유에 흡착하여 공기 중에 산화됨으로써 본래의 불용성 염료 를 재생하는 것이 염색 과정이다(Lee, 2001). 쪽 염색 에서는 염욕의 pH가 연구의 중심이 되고 있는데 그 이 유는 환원제의 양과 염액의 pH에 의해서 분자구조가 달라지며, 염착량 및 염착 상태가 변화하는 복잡한 시 스템을 가지고 있기 때문이다(Jung, Lee, Choi, & Lee, 2000). 즉, 쪽 염색 시 환원제로는 아황산수소나트륨 (sodium hydrosulfite: Na₂S₂O₄)과 알칼리제로는 수산 화나트륨(NaOH)이 주로 사용되고 있으나 환경적인 측면을 고려하여 그 첨가제들을 최소화해보고자 한다.

선행연구는 1990년대 중․후반부터 학문적으로 연 구되어 왔음을 알 수 있다. 쪽 염색 시 단백질계 섬유 인 견을 사용한 선행연구(Chung, Nam, & Kim, 1998;Chung & Woo, 2002;Jung et al., 2000;Kim, 1995;Shin, 2010;Shin, Son, & Yoo, 2009a;Shin, Son, & Yoo, 2009b;Yoo & Lee, 2003)와 쪽 염색 시 셀룰로 오스계 섬유인 면을 사용한 선행연구(Bae, 2009;Ju & Ryu, 2004;Jung et al., 2000;Kang & Ryu, 1999;Kim, 1995;Kim & Jeon, 2011;Shin, 2010;Song & Cho, 2008;Yoo & Lee, 2003)들이 있다. 이와 같이 대부분 견과 면을 사용하였고, 셀룰로오스계 섬유인 아마를 사용한 선행연구(Bae, 2009;Jung et al., 2000;Shin & Choi, 2016)와 저마를 사용한 선행연구(Shin, Cho, & Yoo, 2009;Son, Shin, & Yoo, 2011) 일부가 있었고, 그 외 모, 레이온, 텐셀 등이 있는 것으로 나 타났다. 선행연구 분석결과 쪽 천연염색에서 상대적 으로 마직물에 대한 연구가 미흡하였고 아마, 저마, 대마와 같은 다양한 마직물의 쪽 천연염색 비교 연구 는 전무함을 알 수 있다.

따라서 본 연구에서는 보다 친환경적인 패션산업 의 핵심에 접근하기 위해 천연염색 분야에서 알칼리 제 및 환원제 등 환경문제의 원인이 되는 첨가제 사용 의 최소화, 염욕의 재사용으로 생분해성 섬유인 아마, 저마, 대마를 활용하여 쪽 천연염색의 다양한 조건을 찾고 그 염색성과 견뢰도 및 항균성을 확인하여 천연 염색 산업의 유용한 자료로 제안하고자 한다.

Ⅱ. Experimental Procedure

1. Materials and reagent

1) Materials

본 실험에 사용된 시료는 ㈜솜베에서 구매한 아마 (linen), 저마(ramie), 대마(hemp) 직물이며, 사용된 직 물의 특성은 <Table 1>과 같다.

2) Dye and reagent

인도 알프스 회사에서 제조된 천연 indigo 함유량 60% 추출 분말을 지구상사에서 구입하였고, 알칼리 제로 수산화나트륨(sodium hydroxide/ NaOH), 환원 제로 소디움하이드로설파이트(sodium hydrosulfite/ Na₂S₂O₄)를 삼성화학에서 구입하여 사용하였다.

2. Experimental method

직물은 15×15cm 사이즈로 사용하였으며, 모든 염 색은 수중에서 3분간 산화 후 공기 중 산화로 발색시 키며 자연 건조하였다.

1) Dyeing according to sodium hydroxide amount

증류수 200mL를 가열하여 60℃에 각각 NaOH 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1g/L와 Na₂S₂O₄ 1g/L를 첨가하여 용해 한 후 쪽 분말염료 6g/L를 넣고 30분간 환원하였다. 직물을 염액에 침지하여 30℃, 30분간 염색하였다.

2) Dyeing according to sodium hydrosulfite amount

증류수 200mL를 가열하여 60℃에 NaOH 0.4g/L와 각각 Na₂S₂O₄ 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1g/L를 첨가하여 용 해한 후 쪽 분말염료 6g/L를 넣고 30분간 환원하였다. 직물을 염액에 침지하여 30℃, 30분간 염색하였다.

3) Dyeing according to dyes amount

증류수 200mL를 가열하여 60℃에 NaOH 0.4g/L와 Na₂S₂O₄ 1g/L를 첨가하여 용해한 후 각각 쪽 분말염 료 1, 2, 3, 4, 5, 6g/L를 넣고 30분간 환원하였다. 직물 을 염액에 침지하여 30℃, 30분간 염색하였다.

4) Dyeing according to dyeing time

증류수 200mL를 가열하여 60℃에 NaOH 0.4g/L 와 Na₂S₂O₄ 1g/L를 첨가하여 용해한 후 쪽 분말염료 6g/L를 넣고 30분간 환원하였다. 직물을 염액에 침 지하여 30℃, 각각 5, 10, 15, 20, 25, 30분간 염색하 였다.

5) Dyeing according to the number of repetitions

증류수 200mL를 가열하여 60℃에 NaOH 0.4g/L 와 Na₂S₂O₄ 1g/L를 첨가하여 용해한 후 쪽 분말염료 6g/L를 넣고 30분간 환원하였다. 직물을 염액에 침지 하여 30℃, 5분씩 6회 반복염색을 하였다.

3. Measurement and analysis

1) Surface color and dyeability

염색된 직물에 색차계 Chromameter(Color-Eye 3100, Macbeth, USA)를 사용하여 L^*, a^*, b^* 값과 색차 (⊿E) 그리고 H(색상), V(명도), C(채도)를 구하였다.

(L^*₁, a^*₁, b^*₁)인 기준색과 ( L^*₂, a^*₂, b^*₂)인 비교색 의 색차는 다음과 같이 구하였다.

Δ E^{*} = {[{(L_{1}^{*} - L_{2}^{*})}^{2} + {(a_{1}^{*} - a_{2}^{*})}^{2} + {(b_{1}^{*} - b_{2}^{*})}^{2}]}^{1 / 2}

최대 흡수파장에서 분광반사율을 측정한 후 Kubelka-Munk식에 의해 K/S값을 구하였다.

K/S = {(1 - R)}^{2} / 2 R

K: 흡광계수, S: 산란계수, R: 분광반사율

2) Colorfastness measurement

세탁 견뢰도는 KS K ISO 105 C01 시험방법에 따 라 욕비 50:1에 비누 5g/L를 녹여 시료를 넣고 40℃, 30분간 시험하여 판정하였고, 마찰 견뢰도는 KS K ISO 105 X12 시험방법에 따라 900g의 하중을 가한 마찰자를 면백포로 감싸고 10cm 사이를 10초간 10회 왕복하여 판정하였다. 일광 견뢰도는 KS K ISO 105 B02 시험방법에 따라 크세논아크법으로 표준청색염 포와 함께 온도 63℃, 습도 30%의 인공 광원기에 20 시간 동안 노출시켜 판정하였고, 땀 견뢰도는 KS K ISO 105 E04 시험방법에 따라 히스티딘을 함유한 산 및 알칼리 인공 땀액으로 처리한 후, 2개의 판 사이에 끼우고 5kg의 하중을 가하여 37±2℃ 오븐에 4시간 유 지 후 분리하여 60℃ 이하의 상온에서 건조시켜 등급 을 판정하였다.

3) Antimicrobial measurement

KS K 0693 시험방법에 의거하여 시험균종은 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)을 이 용하였으며, 접종균 농도는 1.1×10⁵CFU/mL이며 대 조편으로는 염색 처리하지 않은 아마 원포를 사용하 였다. 실험에 사용된 시료는 각각 0.4g당 시험균을 0.2mL 흡수시켜 37℃에서 18시간 배양하여 중화용액 (비이온계면활성제, Tween80)을 접종균액에 0.05% (20mL) 첨가한 뒤 측정하였다. 균수의 비교는 정량적 평가 방법으로 시험편에 의한 세균의 수를 계산하여 정균 감소값(%, Log치)을 구하였다.

정균감소율(%) : (Mb - Mc) \times 100 / Mb

Ma: 대조편의 접종 직후 생균수
Mb: 대조편의 18시간 배양 후 생균수
Mc: 시료의 18시간 배양 후 생균수

Ⅲ. Result and Discussion

1. Surface color and dyeability

1) Surface color and dyeability according to sodium hydroxide amount

Kim(2013)에서 아마직물은 쪽 염료 6g/L일 때 환 원온도 60℃, Na₂S₂O₄ 농도 4g/L, 환원시간 30분, 염 색온도 30℃, NaOH 농도 1g/L, 염색시간 30분일 때 균염하며 가장 높은 염착농도(K/S)를 나타내고 있다 고 하였다. 이를 바탕으로 NaOH의 최소화를 위하여 아마직물에 예비실험으로 염료 6g/L, Na₂S₂O₄ 4g/L에 서 NaOH 농도 각 0.2, 0.4, 0.6, 0.8g/L로 최소화 시험 을 한 결과, 염색물의 표면에 얼룩이 심한 상태로 상 당히 불균염하게 염착되는 것으로 이 조건의 염착농 도는 의미가 없는 것으로 판단되며, 이는 NaOH농도 대비 Na₂S₂O₄의 과량으로 Na₂S₂O₄가 모두 환원되지 못한 채 염착이 이루어져 과환원으로 인한 불균염으 로 추측된다. 쪽 염색에서는 알카리제, 환원제, 염료 의 농도 비율이 맞지 않으며 표면에 얼룩이 심한 상태 의 심각한 불균염이 생기거나 염착이 되지 않는 상황 이 발생하기도 한다.

Na₂S₂O₄의 과량으로 인한 불균염이 발생될 수 있 으므로 <Table 2>는 Na₂S₂O₄ 최소화 1g/L를 기준으로 NaOH 농도 변화에 따른 아마의 표면색을 나타낸 것 이다. 그 결과 NaOH 농도가 증가할수록 명도, 채도 값은 점차 감소하고, ⊿E값은 점차 증가되고 있는 것 을 알 수 있다. a^*값은 미세하게 증가하는 것으로 red 계열이 강화되고, b^*값은 유사한 것으로 나타났다. 뿐 만 아니라 pH도 10.12~12.01로 점차 증가하는 것으로 나타났으며, K/S값도 증가하는 것을 알 수 있다. 하지 만 NaOH 농도 0.2g/L에서는 염색물의 표면색이 불균 염하게 나타났으며, NaOH 농도 0.4g/L(pH 10.84)부 터 염색물의 표면색이 균염하게 나타났다. 이 결과로 보아 NaOH 농도 0.4g/L 이후부터 안정적으로 염착이 되며 pH는 10.84 이후부터 염착농도가 균염적으로 이 루어지는 것을 알 수 있다.

2) Surface color and dyeability according to sodium hydrosulfite amount

<Table 3>은 NaOH 농도 0.4g/L일 때 Na₂S₂O₄ 농도 변화에 따른 아마, 저마, 대마의 표면색과 염착농도를 나타낸 것이다. Na₂S₂O₄ 0.2~1g/L로 농도가 높아질수 록 아마, 저마, 대마 모두 L^*값이 감소되고 ⊿E값, K/S값은 증가하는 것으로 나타났다.

Na₂S₂O₄ 1g/L 기준으로 L^*값을 살펴보면 아마는 45.58, 저마는 46.84, 대마는 43.14로 저마>아마>대 마 순으로 높게 나타나 대마가 가장 진하게 나타남을 알 수 있다. 하지만 ⊿E값은 아마 48.72, 저마 47.21, 대마 46.87로 표면색차 값이 아마>저마>대마의 순으 로 나타난다. 이는 아마, 저마, 대마의 원포색이 모두 다르고 특히 대마의 원포색에 yellow 계열이 많이 포 함되어 원포 색차 수치가 서로 달라 나타나는 현상 이라 추측된다. Na₂S₂O₄ 농도 증가에 따라 K/S값이 0.2g/L에서는 상당히 미미하게 나타나고, 아마, 저마 는 Na₂S₂O₄의 농도 0.4g/L 이후부터 급격히 K/S값이 높아지고, b^*값이 미세하게 감소하는 것으로 blue 계 열이 강화되고 있음을 알 수 있다. 대마의 경우 Na₂S₂O₄의 농도 0.4g/L부터 염착이 이루어지기는 하 였으나 0.6g/L부터 안정적인 컬러를 유지하였으며, 대 마는 Na₂S₂O₄의 농도에 따른 K/S값의 증가 폭이 아 마, 저마에 비해 상당히 크고, b^*값도 감소하는 폭이 큰 것으로 blue 계열이 강화되며 Na₂S₂O₄의 농도에 영향을 많이 받는 것으로 보인다.

Na₂S₂O₄의 농도 0.4g/L 이후 색상을 보면 아마 3.8PB~4.1PB, 저마 3.9PB~4.2PB 범위로 유사하게 나 타나고, 대마는 0.4g/L에서 8.7B, 0.6g/L 이후 2.1PB~ 2.5PB의 범위로 나타났다. K/S값은 아마, 저마, 대마 모두 1g/L에서 7.83, 5.49, 8.46 최대로 나타나 표면 염착농도가 대마>아마>저마 순으로 높은 것을 알 수 있다.

3) Surface color and dyeability according to dyes amount

<Table 4>는 염료농도 변화에 따른 아마, 저마, 대 마의 표면색과 염착농도를 나타낸 것이다. 염료농도 가 1~6g/L로 증가할수록 아마, 저마, 대마 모두 L^*값 은 감소되고 ⊿E값, K/S값은 증가하는 것으로 나타났 다. 염료농도 6g/L 기준으로 L^*값을 살펴보면 아마는 43.07, 저마는 47.35, 대마는 43.01로 저마>아마>대마 순으로 저마가 가장 밝은 색으로 나타나고 있음을 알 수 있다. 염료농도가 증가함에 아마와 저마의 채도 값 은 수치가 미세하게 감소하고, 대마의 채도 값은 수치 가 거의 유사하게 나타났다. 그중 대마의 채도가 3.7~ 4.1 범위로 전반적으로 가장 낮은 것을 알 수 있다. 이는 대마의 색상이 아마, 저마보다 진하고 탁한 것으 로 보인다. 염료농도 1~6g/L 증가에 따른 색상 변화에 서 아마는 4.2PB에서 3.6PB로 변화되고, 저마는 4.4PB 에서 4.0PB로 변화되고, 대마는 1.7PB에서 2.5PB로 변화되었다.

염료농도 증가에 따라 아마, 저마, 대마 모두 6g/L 에서 가장 높은 염착농도를 나타내고 있다. 6g/L에서 아마, 저마, 대마의 K/S값은 7.82, 5.48, 8.45로 비교해 보면 표면 염착농도가 대마>아마>저마 순으로 높게 나타난다. 저마의 염착농도가 아마, 대마에 비해 낮은 것으로 저마는 셀룰로오스 섬유 중에서 결정성과 분 자의 배향이 가장 잘 발달(Kim, 2011)되어 섬유 내 분 자들이 치밀하게 배열되므로, 강도는 크지만 염색성 과 흡습성은 저하되어 나타나는 현상으로 보인다. 염 료농도 1~6g/L에서 모두 균일한 염색이 되는 것으로 원하는 색상의 정도에 따라 염료농도 조절이 가능하 며, 이는 NaOH 농도 0.4g/L, Na₂S₂O₄ 1g/L 농도에서 쪽 염료 1~6g/L까지는 안정적인 환원이 가능한 것으 로 추측된다.

4) Surface color and dyeability according to dyeing time

<Table 5>는 염색시간 변화에 따른 아마, 저마, 대 마의 표면색과 염착농도를 나타낸 것이다. 염색시간 5~30분까지 증가할수록 아마, 저마, 대마 모두 L^*값은 감소되고, ⊿E값, K/S값은 점차 증가하는 것으로 나 타났다. 염색시간 30분 기준으로 L^*값을 살펴보면 아 마는 44.40, 저마는 46.70, 대마는 40.30으로 저마>아 마>대마 순으로 나타나며, 이는 대마가 가장 진한 색 으로 나타나고 있음을 알 수 있다. 염색시간이 증가함 에 따라 아마, 저마, 대마의 명도와 채도 값은 전체적 으로 감소하는 것으로, 염색시간의 증가에 따라 색상 이 진하고 탁하게 나타나는 것으로 보인다. 염색시간 30분에서 색상은 아마 3.8PB, 저마 3.8PB, 대마 2.5PB 로 아마와 저마는 동일한 컬러로 나타났다. 염색시간 5분과 30분을 비교해 본 결과 a^*값은 유사하고 b^*값은 모두 미세하게 증가하여 blue 계열이 감소하는 것으 로 나타났다.

염색시간 30분에서 아마, 저마, 대마 7.26, 6.10, 8.08로 최대 K/S값을 나타내었다. 즉, 표면 염착농도 는 대마>아마>저마 순으로 저마의 염착량이 가장 낮 은 것으로 나타나고 있음을 알 수 있다.

5) Surface color and dyeability according to the number of repetitions

염색시간 30분을 기준으로 30분 1회 염색 시와 환 경적인 측면에서의 염욕 재사용을 위해 5분간 6회 반 복염색에 따른 표면색 및 염착농도를 알아보기 위하 여 5분씩 6회 반복을 진행하였다.

<Table 6>은 5분간 6회 반복 횟수에 따른 아마, 저 마, 대마의 표면색과 염착농도를 나타낸 것이다. 반복 횟수 1~6회까지 증가할수록 아마, 저마, 대마 모두 L^* 값은 급격하게 감소되고, ⊿E값, K/S값은 증가하는 것으로 나타났다. 반복 횟수가 6회 기준으로 L^*값을 살펴보면 아마는 34.19, 저마는 33.94, 대마는 30.44로 아마>저마>대마 순으로 대마가 가장 진한 색으로 나 타나고 있음을 알 수 있다. 반복 횟수가 증가함에 따 라 아마, 저마, 대마의 명도와 채도 값이 급격히 저하 되었으며 그중 대마의 명도, 채도 값이 가장 낮은 것 으로, 색상이 가장 어둡고 탁한 것으로 나타났다. Yoo and Lee(2003)에서 견직물과 면직물을 쪽 염액으로 염색하였으며 명도 차이를 얻기 위해 각각 1~5회까지 반복 염색한 결과, 쪽으로 염색된 직물이 먼셀값의 색 상 범위가 모두 PB계열에 속하며 염색횟수가 많아질 수록 색이 진해져서 견직물과 면직물 모두 명도는 낮 아졌으나 채도는 향상되어 선명한 색상을 얻을 수 있 는 것으로 보고하였다. 하지만 아마, 저마, 대마의 색 상은 반복 횟수가 증가할수록 점차적으로 명도, 채도 가 모두 저하되어 색상이 진하고 탁해지는 것으로 나 타났다. 색상은 아마 3.5PB~4.0PB, 저마 3.7PB~4.3PB 범위로 유사하게 나타나고, 대마는 2.2B~4.0PB의 범 위로 나타났다. 반복 횟수가 증가할수록 a^*, b^*값이 모 두 점차적으로 증가하여 red 계열이 증가하고, blue 계열이 감소하는 것으로 나타났다.

쪽 염색에서 아마, 저마, 대마는 30분 1회 염색 시 K/S값 7.26, 6.10, 8.08로 나타나고, 5분간 6회 반복 염색 시 K/S값 16.74, 13.76, 17.46으로 대마>아마>저 마 순으로 나타나, 30분 1회 염색 시보다 K/S값이 아 마, 저마, 대마 모두 2배 이상 높은 것으로 나타났다. 심지어 5분간 3회 염색 시에도 K/S값이 8.15, 6.90, 12.21인 것으로, 30분 1회 염색보다 K/S값이 더 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 이 결과 염욕 재사용으로 인한 반복 염색이 환경적인 측면 뿐만 아니라 전체적 인 염색시간 시간 단축 그리고 K/S값 증가라는 부분 에서 유리하게 작용하는 것으로 판단된다.

2. Dyeing colorfastness

<Table 7>은 5분간 6회 반복 염색한 아마, 저마, 대 마 직물에 세탁, 마찰, 일광 견뢰도 등급을 판정한 결 과이다. 세탁 견뢰도에서 변퇴색은 아마, 저마 4-5급, 대마 4급으로 대마가 조금 낮게 나왔으나 전반적으로 우수하며, 오염 견뢰도의 경우 아마, 저마, 대마 모두 Acetate와 Nylon이 4급을 나타내고 나머지는 모두 4-5급으로 우수한 견뢰도로 나타났다. 건 마찰 견뢰도 에서 아마, 저마는 4-5급, 대마는 4급, 습 마찰 견뢰도 에서는 아마 3급, 저마, 대마가 3-4급으로 건 마찰 견 뢰도에 비해 습 마찰 견뢰도가 전반적 낮은 것으로 나 타나며, 특히 아마가 건 마찰과 습 마찰의 편차가 가 장 큰 것으로 나타났다. 일광 견뢰도는 염색물의 일광 에 대한 변퇴색의 정도를 판정하는 것이나, 아마, 저 마, 대마 모두 5급으로 일광에 의한 변색이 전혀 없는 것으로 나타났다. 아주 연한 청색이 아닌 한 일광에 매우 강하고, 산과 알칼리에 저항력이 있으며, 세탁, 땀, 마찰에도 강하다(Lee, 2004)는 것과 동일한 결과 로 나타났다.

<Table 8>은 5분간 6회 반복 염색한 아마, 저마, 대 마 직물에 땀 견뢰도 등급을 판정한 결과이다. 대마 오염 견뢰도의 경우 알칼리성에서 Acetate와 Nylon이 4급을 나타내고 나머지는 모두 4-5급, 변퇴색은 아마, 저마, 대마 모두 알칼리성, 산성에서 4-5급으로 우수 한 것으로 나타났다. 셀룰로오스 섬유는 대체로 산에 약하나 알칼리에는 비교적 강하다(Kim, 2011). 하나 마직물 쪽 염색에서는 산과 알칼리 땀 견뢰도가 모두 상당히 우수한 것으로 나타났다. 이러한 결과로 아마, 저마, 대마의 쪽 염색 상용화 및 제품화가 더욱 폭넓 어질 것으로 보인다.

3. Antimicrobial properties

<Table 9> 및 <Table 10>은 5분간 6회 염색한 아마 의 항균성 정도를 나타낸 것이다. 항균성 테스트 시 사 용한 균주는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 을 사용하였다. 아마의 항균성은 정균 감소율이 99.9% 로 상당히 우수한 것으로 나타났다. Oh(2010) 연구에 서 면직물에 환원법으로 추출한 인도 제품은 정균 감 소율이 96.3%로 항균성이 우수하게 나타나고, 생쪽은 정균 감소율이 78.6%인 것으로 나타났다. 본 연구에 서도 인도산 염료로 사용하였으나 99.9%의 정균 감소 율이 나타나는 것은 반복 염색을 통한 산화 환원으로 항균성이 더욱 커진 것으로 보인다. 따라서 쪽 염색은 우수한 항균성을 지니므로 마스크, 수건, 양말, 환자 복 및 침구류 등 항균성을 필요로 하는 상품으로 전개 하기에 적합(Oh, 2010)한 것으로 판단된다.

Ⅳ. Conclusion

지속 가능한 친환경 천연염색 분야에서 매염제 및 환원제 등이 환경문제의 원인이 되고 있다. 본 연구에 서는 쪽 천연염색의 염료 및 첨가제를 최소화할 수 있 는 조건을 연구하고자 일반적으로 사용되는 알칼리제 NaOH와 환원제 Na₂S₂O₄ 농도 및 염료의 최소화 조건 을 찾아 생분해성 셀룰로오스 섬유인 마직물(linen, ramie, hemp)에 쪽 천연염색을 하였다. 천연염색한 직 물의 염색성 및 일광․세탁․마찰․땀 견뢰도와 항 균성 측정을 통하여 비교 분석한 결과는 다음과 같다.

전체적인 표면 염착농도는 대마>아마>저마 순으 로 나타났으며, 모든 첨가제의 증가에 따라 L^*값은 감소되고, ⊿E값, K/S값은 점차 증가하는 것으로 나 타났다.

1) NaOH의 최소화를 위하여 염료 6g/L, Na₂S₂O₄ 4g/L에서 NaOH 농도 각 0.2~0.8g/L로 최소화 시험을 한 결과 염색물의 표면색이 상당히 불균염하게 염착 되는 것으로, 이는 NaOH 농도 대비 Na₂S₂O₄의 과량 으로 Na₂S₂O₄가 모두 환원되지 못한 채 염착이 이루 어져 과환원으로 인한 불균염으로 판단된다. 즉, 쪽 염색에서 알칼리제, 환원제, 염료의 농도 비율이 맞지 않으며 심각한 불균염이 생기거나 염착이 되지 않는 것을 알 수 있다.
2) Na₂S₂O₄ 1g/L일 때 NaOH 농도 각 0.2~1g/L 최 소화 시 NaOH 농도 0.4g/L(pH 10.84)부터 염색물의 표면색이 균염하게 나타났으며, NaOH 농도가 증가할 수록 명도, 채도 값은 점차 감소하고, a^*값의 미세한 증가로 red 계열이 강화되어 나타났다.
3) NaOH 농도 0.4g/L일 때 아마, 저마는 Na₂S₂O₄ 의 농도 0.4g/L이후부터 급격히 K/S값이 높아지고, 대 마의 경우 Na₂S₂O₄의 농도 0.4g/L부터 염착이 이루어 지기는 하였으나 0.6g/L부터 안정적인 컬러를 유지하 는 것으로 나타났다. Na₂S₂O₄의 농도 증가에 따라 b^* 값이 감소하는 것으로 blue 계열이 강화되며 대마가 그 영향을 가장 많이 받는 것으로 나타났다.
4) 염료농도 1~6g/L에서 모두 균염하게 염색이 되 는 것으로 농도 증가에 따라 L^*값은 감소되고 ⊿E 값, K/S값은 증가하는 것으로 나타났다. NaOH 농도 0.4g/L, Na₂S₂O₄ 1g/L에서 쪽 염료 1~6g/L까지는 안 정적인 환원이 가능한 것으로 추측된다.
5) 염색시간 증가에 따라 명도와 채도 값은 전체적 으로 감소하고, a^*값은 유사하며 b^*값은 모두 미세하 게 증가하여 blue 계열이 감소하는 것으로 나타났다.
6) 반복 횟수가 증가할수록 명도, 채도가 모두 저하 되어 색상이 진하고 탁해지는 것으로 나타나고, a^*, b^* 값은 모두 점차적으로 증가하여 red 계열이 증가하고, blue 계열이 감소하는 것으로 나타났다. 아마, 저마, 대마 30분 1회 염색 시 K/S값 7.26, 6.10, 8.08보다 5 분간 6회 반복 염색 시 K/S값이 16.74, 13.76, 17.46으 로 2배 이상 높은 것으로 나타났다.
7) 5분간 6회 반복 염색한 아마, 저마, 대마 직물의 견뢰도 결과 세탁 견뢰도의 오염과 변퇴색 모두 4 급~4-5급으로 우수하며, 건 마찰 견뢰도 4급~4-5급, 습 마찰 견뢰도 3급~3-4급, 일광 견뢰도는 모두 5급으 로, 일광에 의한 변색이 전혀 없는 것으로 나타났다. 땀 견뢰도 또한 알칼리성, 산성에서 4급~4-5급으로 상당히 우수한 것으로 나타났다. 아마의 항균성은 정 균 감소율이 99.9%로 상당히 우수한 것으로 보인다.

따라서 친환경 마직물 염색을 위하여 알칼리제 및 환원제 최소화로는 NaOH 0.4g/L, Na₂S₂O₄ 1g/L 그리 고 쪽 분말염료는 농도에 따라 1~6g/L의 농도 조절을 통해 나타낼 수 있으나, 진한 염색성을 나타내고자 할 때에는 높은 염료량 또는 염색시간의 증가보다 낮은 염료량으로 5분간 염색의 반복 횟수 증가를 통한 염 욕의 재사용이 우수한 염착성뿐만 아니라 환경적인 측면에서도 유리한 것으로 판단된다.

Figure

Table

<Table 1>.

Characteristics of the fabric

<Table 2>.

Surface color of linen fabrics with the minimized amount of sodium hydroxide

<Table 3>.

Surface color according to sodium hydrosulfite amount

<Table 4>.

Surface color according to dyes amount

<Table 5>.

Surface color according to dyeing time

<Table 6>.

Surface color according to number of repetitions (5min.)

<Table 7>.

Various colorfastness for linen, ramie, and hemp fabrics

<Table 8>.

Colorfastness to perspiration for linen, ramie, and hemp fabrics

<Table 9>.

Antimicrobial test images for linen fabrics

<Table 10>.

Antimicrobial test for linen fabrics

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