현호색 추출액을 이용한 직물의 천연염색
- 모직물의 염색성과 기능성 -

염색에 사용한 시료는 솜베에서 구입한 모직물 100%를 사용하였으며, 시료의 물성은 Table 1과 같다.

Table 1.

Characteristics of fabrics

본 연구에 사용한 현호색은 한약재 건재상에서 건조 현호색(중국산)을 구입하여 사용하였다.

실험에서 사용한 매염제는 AlK(SO₄)₂·12H₂O, CuSO₄·5H₂O, SnCl₂, FeSO₄·7H₂O(이하 Al, Cu, Sn, Fe로 약칭) 등 1급 시약을 사용하였으며, 염액 pH 조정을 위한 구연산(C₃H₄(OH) (COOH)₃·H₂O)과 수산화나트륨(NaOH)은 특급 시약을 사용하였다.

현호색의 염액 추출은 먼저 건조 현호색 2kg을 증류수 20L에 첨가하여 온도를 서서히 높여 100^oC에서 60분간 추출한 후 여과하여 1차 추출액을 추출하였으며, 2차 추출액은 1차 추출시 사용한 염재를 10L의 증류수에 넣고 동일한 방법으로 재탕하여 추출한 후 1차 추출액과 2차 추출액을 200mesh 체로 여과하여 혼합한 염액을 색소 원액으로 사용하였다.

염색은 현호색 추출액을 이용하여 욕비 1:100, 염색 온도(20-100^oC), 염색 시간(15-120min), 염액 농도(20-100%), 염액 pH(pH3, 5, 7, 9) 등의 조건으로 변화시키고 진탕 항온수조(H-071, Han Won Co.)를 사용하여 염색하였다.

매염은 Al, Cu, Fe, Sn 4종의 매염제농도를 5%(o.w.f.)로 고정 후 욕비 1:100, 온도 60^oC, 시간 30분의 조건으로 진탕항온수조(H-071, Han Won Co.)를 사용하여 매염 처리하였다. 매염 방법은 선매염(Pre-mordants)과 후매염(Post-mordants)으로 실험하였다.

시료의 염착량 측정은 색차계(Color difference meter, Color reader JS-555, C.T.S., Japan)를 사용하여 광원 D₆₅, 시야 10^o, λ_max400nm에서 표면 반사율을 측정한 후, Kubelka-Munk식에 의해 K/S값을 구하였다. 그 식은 다음과 같다.

K/S=(1-R)²/2R (K:흡광계수, S:산란계수, R:분광반사율)

표면색 측정은 색차계(Color difference meter, Color reader JS-555, C.T.S., Japan)를 사용하여 Munsell 표색계 변환법으로 색의 삼속성인 H, V/C와 CIE Lab 색차에 의한 L*, a*, b*를 산출하였다.

2.4.1. 항균성 현호색 추출물로 염색한 직물의 항균성을 알아보기 위해 KS K 0693 : 2011에 준하여 측정하였다. 공시균인 황색포도상구균(Staphylococcus aureus, ATCC 6538)과 폐렴균(Klebsiella pneumoniae, ATCC 4352)을 이용하여 정균 감소율(%)을 아래의 공식에 따라 계산하였다.

정균율(%)=[(A-B)/A]×100

A : 대조편의 18시간 배양 후의 생균수

B : 시험편의 18시 배양 후의 생균수

소취성 평가는 가스검지관법에 준하여 시험편 10cm×10cm의 크기를 5L의 가스백에 넣고 초기농도 100ppm의 암모니아 가스 3L를 주입한 뒤 2시간 경과 후 가스 농도를 측정하여 탈취율을 아래의 공식에 따라 계산하였다.

소취율(%)=[(A-B)/A]×100

A : blank의 가스농도

B : sample의 가스농도

염색 온도에 따른 모직물의 염색성을 고찰하고자 염색 온도를 20^oC, 40^oC, 60^oC, 80^oC, 100^oC로 변화시켜 염색 시간 60분, 염액 농도 100%, 욕비 1:100의 조건으로 모직물을 염색한 후 염착량(K/S)을 Fig. 1에 나타내었다.

Fig. 1.

Effect of dyeing temperature on the K/S values of wool fabrics dyed with Corydalis Tuber extract.

Fig. 1의 표의 상승도를 보면 20^oC부터 60^oC까지 온도가 높아짐에 따라 급격히 상승하였고 60^oC부터는 상승선의 기울기는 완만해졌지만, 온도에 비례해 K/S값이 큰 폭으로 상승하는 것을 볼 수 있었다. 이는 단백질 섬유인 모직물이 색소와 결합하기 쉬운 활성기를 가지고 있어서 온도가 높아질수록 섬유 내부에 색소가 잘 침투할 수 있으며 섬유의 분자형태나 배열도가 고온에서 향상하기 때문으로 사료된다(Ryu, 2009). 모직물의 최적 온도는 최대 염색성을 위해 염착량이 가장 높았던 100^oC가 좋을 것으로 판단되어지나 모직물의 경우 100^oC에서의 염색은 섬유 손상으로 축융 현상이 일어난다는 점을 참작하여 이후 실험에서는 염색 온도를 80^oC로 고정하여 실험하였다(Bae, 2004).

염색 시간 변화에 따른 모직물의 염색성을 고찰하고자 염색 시간을 15분, 30분, 60분, 90분, 120분으로 변화시켜 염색 온도 80^oC, 염액 농도 100%, 욕비 1:100의 조건으로 모직물을 염색한 후 염착량(K/S)을 Fig. 2에 나타내었다.

Fig. 2.

Effect of dyeing time on the K/S values of wool fabrics dyed with Corydalis Tuber extract.

Fig. 2의 K/S값을 살펴보면 15분부터 90분 사이에 서서히 증가하다가 90분 이후부터는 더 이상 염착량의 변화가 미미한 것으로 나타나 90분 이후부터는 시간 증가에 따른 염색성의 증진 효과는 거의 없는 것으로 판단되며 염색 시간 15분에서 K/S값이 이미 높은 수치를 나타낸 것을 보아 모직물은 염색 초기단계에서 많은 염료를 흡수하는 것으로 나타났다(Yoo et al., 2007). 따라서 이후 실험에서는 염색 시간을 90분으로 고정하여 실험하였다.

염액 농도 변화에 따른 모직물의 염색성을 고찰하고자 염액 농도를 20%, 40%, 60%, 80%, 100%로 변화시켜 염색 온도 80^oC, 염색 시간 90분, 욕비 1:100의 조건으로 모직물을 염색한 후 염착량(K/S)을 Fig. 3에 나타내었다.

Fig. 3.

Effect of dyeing concentration on the K/S values of wool fabrics dyed with Corydalis Tuber extract.

Fig. 3을 살펴보면 염액 농도가 20%에서 100%로 높아짐에 따라 K/S값은 꾸준히 상승하는 것을 볼 수 있었다. 이는 농도가 진해져 염료의 함량이 많아질수록 섬유 내 염착좌석인 말단의 카르복실기와 현호색 색소 성분에 함유하고 있는 양이온성 베르베린과의 조염결합이 활발하게 이루어지기 때문으로 사료된다(Cho, 1991). 따라서 이후 실험에서의 염액 농도는 100%로 고정하여 실험하였다.

염액 pH 변화에 따른 모직물의 염색성을 고찰하고자 구연산과 수산화나트륨을 사용하여 염액 pH 조건을 3, 5, 7, 9로 변화시켜 염색 온도 80^oC, 염색 시간 90분, 염액 농도 100%, 욕비 1:100의 조건으로 모직물을 염색한 후 염착량(K/S)을 Fig. 4에 나타내었다.

Fig. 4.

Effect of dyeing pH on the K/S values of wool fabrics dyed with Corydalis Tuber extract.

Fig. 4를 살펴보면 모직물은 pH가 높아질수록 K/S값은 현저히 상승하며 pH9에서 최대 염착량을 보였다. 이는 모직물 내 염착좌석 중의 카르복시산 음이온과 현호색 색소 성분인 베르베린이 이온결합을 하여 pH가 높아짐에 따라 양자 간의 정전기적 반발력이 줄어들기 때문으로, 등전점 이상의 욕에서 모직물 내 음이온도 상승해 산성 영역보다 알칼리성 영역이 염착량이 더 높게 나타나는 것으로 사료된다(Park & Kim, 2002). 그러나 최대 염색성을 보였던 pH9에서 염색하게 되면 균염성이 결여되기 때문에 pH를 조정하지 않고 현호색 색소 그대로 염색하는 것이 좋을 것으로 판단된다.

매염제 종류와 매염 방법에 따른 모직물의 염색성을 고찰하고자 매염 농도를 5%로 고정하고 염색 온도 80^oC, 염색 시간 90분, 염액 농도 100%, 욕비 1:100의 조건으로 Al, Cu, Sn, Fe 매염제를 사용하여 모직물에 선매염과 후매염을 실시한 후 염착량(K/S)을 Fig. 5에 나타내었다.

Fig. 5.

Effect of mordant types and methods on the K/S values of wool fabrics dyed with Corydalis Tuber extract.

Fig. 5를 살펴보면 후매염포보다 선매염포에서 큰 염착 값을 나타낸 것을 알 수 있었다. 이는 선매염법으로 매염 처리를 함으로써 단백질계 섬유인 양모와 금속 매염제 사이의 이온 및 배위결합이 형성되었기 때문에 염착좌석이 미리 만들어져 직물과 염료 사이의 안정된 결합이 이루어졌다고 할 수 있다(Kang, 2002). 또한, 선매염포는 미매염포의 염착 값보다 전체적으로 높은 수치를 나타내었으며 특히 Sn 선매염포의 K/S값은 가장 높은 수치를 나타냈다. 후매염포의 염착량은 매염제 종류와 관계없이 미매염포보다 낮게 나타났다.

매염제의 종류와 매염 방법에 따른 모직물의 표면색을 Table 2과 Fig. 6에서 살펴보면 Munsell의 H값에서 모든 매염포가 Y계열 색상을 발현하여 현호색은 단색성 염료임을 알 수 있었다. 명도는 Cu 매염포를 제외한 모든 매염포에서 후매염법보다 선매염법에서 처리하였을 때 낮은 수치를 나타내었고, 채도는 모든 매염포에서 후매염법보다 선매염법으로 처리하였을 때 높은 수치를 나타내었다. 또한, CIE의 a*값의 경우 Fe 매염제를 제외한 Al, Cu, Sn 매염제로 처리한 매염포는 후매염법보다 선매염법에서 red 기미가 강해졌으며 특히 Sn 선매염포의 a*값은 4.922로 red 기미가 가장 강하게 나타났다. Fe 매염포는 후매염법으로 처리하였을 때 + 영역으로 red 방향을 나타냈지만 선매염법으로 처리한 매염포는 – 영역으로 green 방향을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. b*값은 모든 매염포에서 후매염법보다 선매염법이 더 높은 수치를 나타내 yellow 기미가 더 강하게 발현되었다. 특히 Sn 선매염포의 b*값이 가장 높은 수치를 나타내 yellow 기미가 가장 강하게 발현되었으며, Fe 매염포의 수치가 매염제 종류 중 가장 낮은 수치를 나타내었다.

Table 2.

The changes of L*, a*, b* and H V/C of wool fabrics dyed with Corydalis Tuber extract by mordanting methods

Fig. 6.

a*, b* chromaticity diagram of wool fabrics dyed with Corydalis Tuber extract by mordanting methods.

현호색 추출액의 항균성 평가를 위해 앞서 도출하였던 최적 염색 조건을 이용하여 염색한 모직물에 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)과 폐렴균(Klebsiella pneumoniae)의 두 공시균에 대한 정균 감소율을 측정한 결과를 Table 4에 나타내었다. 시약이 항균성에 미칠 영향을 제한하고자 pH 조절과 매염을 하지 않고 실시하였다. 항균성 평가에서 황색포도상구균에 대한 시료의 정균 감소율은 99.9%로 높은 정균 감소율을 보였으나 폐렴균의 경우 염색포에 대한 정균 감소율은 0%로 정균 감소율을 보이지 않았다. 이는 베르베린 색소 성분의 항균성은 폐렴균보다 황색포도상구균에 대하여 우수하게 나타냈다는 선행 연구와 일치하였다(Kim et al., 2003).

Table 4.

Antibacterial activities of wool fabrics dyed with Corydalis Tuber extract

Table 5는 현호색 추출액으로 염색한 모직물의 소취성 평가를 위해 앞서 도출하였던 직물들의 최적 염색 조건으로 염색한 후 가스검지관법에 준하여 측정하였다. 시약이 항균성에 미칠 영향을 제한하고자 pH 조절과 매염을 하지 않고 실시하였다. 소취성 평가에서 모직물은 91.7%로 높은 소취율을 나타내었다.

Table 5.

Deodorization rates of wool fabrics dyed with Corydalis Tuber extract