키토산 前處理가 綿, 絹, 나일론, 폴리에스테르의 코치닐 염색성 및 태에 미치는 효과 연구

Abstract

천연염료에 의한 염색은 염료 자체가 자연계에서 얻어지고 있는 천연물일 뿐만 아니라 인체에 대한 위해성이 거의 없다는 관점에서 환경적으로 그리고 인체안전성 측면에서 바람직한 것으로 평가되고 있을 뿐만 아니라, 감성적인 색감을 창출하여 부가가치가 높은 제품을 생산할 수 있다는 점에서 천연염색에 대한 연구 결과가 많이 보고되고 있다. 흔히 사용되고 있는 몇몇 천연염료들은 한약제로 사용되고 있어 가식성 화합물의 섬유에의 적용이라는 측면을 충족시켜주고 있다. 그러나 천연염색은 지금까지 경험적 측면에 의하여 이루어지고 있으며 염료 자체의 불균일성, 염료의 다성분화합물 특성에서 기인되는 색상조절의 어려움, 매염현상의 이론적 접근, 소량의 염료로 짙은 색상의 발현 등 해결되어야할 문제점들이 지적되고 있다. 특히 매염작용에 관한 이론적이고 체계적인 연구는 염색의 효율성을 향상시키고 특정한 색상의 발현이라는 관점에서 매우 중요하다. 또한 매염제의 과다한 사용은 환경적 측면에서 바람직하지 않을 뿐만 아니라 인체안전성 측면에서도 문제점이 제기되고 있기 때문에 매염제 사용의 최소화가 실현되어야만 한다. 본 연구에서는 천연섬유인 면과 견, 그리고 합성섬유인 나일론과 PET를 코치닐로 염색하면서 천연섬유와 합성섬유 사이에서 발생되는 염색현상의 차이로부터 섬유를 구성하는 화학적 조성의 차이가 염색에 미치는 영향을 정량적으로 검토하였다. 또한 염색 전 원포들을 키토산으로 사전 처리하여 염색함으로써 키토산이 코치닐염색에 미치는 영향을 조사하였다. 키토산은 분자구조 내에 화학적 반응성이 강한 ―NH₂기를 다량 함유하고 있는 폴리아민계 고분자화합물이므로 피염색체인 면, 견, 나일론, 폴리에스테르 등의 섬유 자체와 친화성이 클 뿐만 아니라 코치닐염료, 매염제로 사용되는 금속이온과의 친화성도 매우 높은 것으로 평가되고 있다. 피염색체인 섬유고분자들 자체와 코치닐염료간의 친화력이 낮아서 염색이 원활치 않다 할지라도 키토산은 염료와 그리고 매염제와 서로 작용함으로써 천연염색의 효율성을 현저히 향상시켜 주는 것으로 알려져 왔다.1,2) 키토산이 염색에 미치는 영향에 착안하여 본 연구에서는 키토산처리포와 키토산미처리포의 염색결과를 서로 비교하여 키토산의 사용에 따른 염색의 경향을 서로 비교 검토하였고 Cu 이온을 매염제로 사용하면서 키토산이 매염효과에 미치는 영향도 조사하였다. 염색 후 색상의 변화뿐만 아니라 공기투과도와 KES -FB(Kawabada Evaluation System for Fabrics)를 통한 직물의 기계적/물리적 특성들, 즉 굽힘특성, 전단특성, 압축특성 그리고 표면특성을 측정하여 그 변화를 서로 비교 검토함으써 키토산과 매염제간의 상호작용을 면밀히 검토하였다. 본 연구로부터 얻어진 결과를 정리하면 다음과 같다. 1. 면, 견, PET에서는 무매염, 키토산미처리에서 전혀 염색이 이루어지지 않는다. 반면 나일론에서는 ΔE 값이 크게 나타나고 있어 짙은 염색이 이루어지고 있다. 나일론과 코치닐 염료간에는 직접적인 결합력이 큰 것으로 판단된다. 2. 면, 견, PET에서는 무매염, 키토산처리에서 매염처리 없이도 진한 색상이 발현되고 있다. 이는 코치닐염료가 직물 위에 도포된 키토산과의 결합에 의하여 염착이 촉진된 결과로 평가된다. 면과 견에서는 키토산과의 결합력이 비교적 크기 때문에 키토산처리에 의해서 염색이 한층 촉진되고 있으나 PET에서는 키토산과의 결합력이 약하기 때문에 면과 견에 비해서 키토산처리 효과가 다소 저하되고 있다. 3. 매염, 키토산미처리에서는 면, 견, 나일론에서는 짙은 염색이 이루어지나 PET에서는 염색이 전혀 이루어지지 않는다. PET에서 매염처리에도 불구하고 염색이 이루어지지 않는 이유는 PET가 극도의 비친수성 화학구조를 지닐 뿐만 아니라 Cu 이온을 전혀 흡착하지 못하기 때문이다. 4. 매염, 키토산처리에서는 섬유의 종류에 관계없이 짙은 색상이 발현되고 있다. 무매염, 키토산처리와 서로 비교할 때 전체적으로 푸른색 계열의 색상이 증가되고 있어 Cu 이온에 의한 매염효과가 발현되고 있다. 무매염, 키토산처리에서는 코치닐 염료의 다색성이 나타나지만 매염이 도입됨으로서 특정한 색상의 발현이 가능하다. 5. 키토산처리는 코치닐을 구성하는 모든 염료성분을 흡착케 하는 성질이 강하다. 결과적으로 키토산처리는 짙은 색상의 발현을 가능케 하기는 하지만 키토산처리가 이루어져도 특정한 색상의 발현을 위해서는 매염처리의 도입이 바람직하다. 6. 키토산처리는 매염처리 없이 천연섬유뿐만 아니라 PET와 같은 합성섬유를 천연염료로 염색을 가능케 하므로 향후 다양한 응용이 기대되어 진다. 7. 키토산처리와 매염처리는 면, 나일론, 견, PET의 굽힘특성, 전단특성, 압축특성, 표면특성을 변화시킨다. 면에서 B(bending rigidity)는 비교적 높은 반면, G(shear modulus)는 상대적으로 비교적 낮은 수치를 나타내고 있다. 나일론, PET에서는 B(bending rigidity)는 비교적 높은 경향을 보인 반면, 면의 경우에는 G(shear modulus)가 높은 수치를 나타내고 있다.;Recent years, Enviroment-friendliness or "green" oriented product development/marketing has become an important issue in the textile industry. Chitosan has been widely applied to the products in various industries such as textile fabrics, apparels, foods, medical area, etc. Cochineal has long been employed as one of natural dyestuffs in the textile industry. Cochineal dyeing was applied to natural fiber fabrics, cotton and silk fabrics, and synthetic fiber fabrics, nylon and polyester fabrics. Chitosan-pretreatment was applied to the fabrics in order to investigate the effect of chitosan treatment on the dyeing behavior. The effect of chitosan treatment on the mordanting was also investigated by incorporating Cu-mordant on the chitosan-treated or chitosan-untreated fabrics during the dyeing process. The effect of chitosan pre-treatment of the low-stress physical and mechanical properites of chochineal-dyed fabrics and mordanting of the fabrics changed the bending, shear, compression, and surface properties of the fabrics. In cotton fabric specimens, while increase of B(Bending rigidity) of cotton is relatively high, the increase G(shear rigidity) of cotton is relatively low. In Nylon and PET fabric specimens, while the increase tendency B is relatively low, that of G is high compared of th corresponding cotton fabrics. 1. In case of Cotton, Silk and PET fabrics, the chitosan untreatted and unmordanted fabrics don't take effect for the Coccus Cacci L., however, in case of Nylon fabrics, it results in remarkable ΔE increases after dyeing. It is thought that the Coccus Cacci L., uptake is accomplished in a direct manner in Nylon fabrics. 2. In case of Cotton, Silk and PET fabrics, chitosan treatments are highly effective in promoting the dye-uptake with mordanting. It is thougnt that chitosan takes effect in developing the specific color of the Coccus Cacci L.,. In case of Cotton, Silk fabrics, the effect of the chitosan treatments is highly promotive in increasing the dye-uptake, however, not shown up in case of PET. 3. In case of mordanted and chitosan untreated cotton, silk and nylon fabrics with Coccus Cacci L., the dyeability is dramatically improved, but PET is not. 4. Since chitosan has -NH2 group and -OH group in the structure, the dyeability of all of the fabrics will be increased when the fabric is treated with the chitosan. Although the chitosan treatments helps to increase the dye-uptake in the fabrics, it is right to be treated with a metallic mordant to develop the specific color. 5. It is interesting that the chitosan treatments help to participate in the developing the color as does a matallic mordant not only natural fibres also Synthetic fibres. 6. The chitosan pre-mordant and mordanting on the low-stress physical and mechanical properties of cochineal-dyed fabrics including cotton, silk nylon and PET fabrics are affected to changing the bending, shear, compression, and surface properties of the fabrics. 7. In cotton fabric specimens, while the increase of B of cotton is relatively high, the increase of G of cotton is relatively low. In nylon and PET fabric specimens, while the increase tendency of B is relatively low, that of G is high compared to the corresponding coton fabrics. It might be interesting if this effect is investigated in terms of fibre-chitosan-cochineal system in a subsequent study.