키토산 처리 직물의 천연염색에 관한 연구 : 괴화를 중심으로

Abstract

21세기를 맞아 환경친화적 이라는 용어가 대두되면서 환경문제가 우리의 생존과 밀접한 관계를 가지고 있다는 사회적 인식이 확산되었다. 이에 따라 화학염료에 의해 자리를 빼앗겼던 환경친화적인 천연염료에 대한 연구 및 재평가가 예술계, 학계 및 산업계에서 활발히 이루어지고 있다. 천연염료의 염색시 발색, 염착, 염색 견뢰도 증진 등을 위하여 볏짚, 석회 등이 전통적으로 매염제로 사용되었고 현재에는 알루미늄(명반), 황산 제1철, 중크롬산 칼륨, 염화 제2주석, 탄산칼륨, 황산구리 등의 금속이 사용되었다. 그러나 매염은 사질 손상, 변퇴색, 반점발생 등 섬유의 물성을 저하시킬 뿐 아니라 대부분의 사용되는 약재가 중금속으로 인체에 유해하게 작용하며 처리공정에서 폐수, 작업자의 유해성 등의 산업재해와 환경오염발생의 원인이 되었다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 생분해성, 항균성, 약리성이 뛰어나 활발한 연구가 이루어지고 있는 환경친화적 물질인 키토산을 천연염색에 이용해 보고자 하였다. 환경친화적 물질인 키토산(chitosan)이 천연염색에 미치는 효과를 알아보기위하여 천연섬유 2종(면, 견), 합성섬유 2종(나일론, 폴리에스테르)으로 총 4종의 직물에 분자량 95,600, 탈아세틸화도 100%의 고순도 키토산을 처리한 후 괴화로 염색하였다. 염색 후 발현색상, 세탁견뢰도, 일광견뢰도, 공기투과도, 항균성을 측정하였고 키토산 처리와 선·후 매염처리에 의한 표면색, 염색견뢰도의 변화특성을 살펴보았다. 키토산 처리로 직물에 양이온기가 도입되어 전반적으로 염착성이 향상되었다. 또한 키토산은 오랜기간 동안 천연 킬레이트(chelate)화제로 사용되어왔으며 일반적으로 금속 및 유기화합물의 흡착능도 극히 우수하여 매염제의 상승작용, 염착성 향상에 영향을 주었다. 키토산 처리포 염색의 경우 키토산 미처리 염색과 비교하여 명도가 낮고 황색계열의 색상이 증가하였다. 키토산 처리로 특히 면, 견과 폴리에스테르에서 염착량 변화가 크게 나타나 키토산 미처리 경우 눈에 띄지 않는 염색(백포에 가까움)에서 키토산 처리의 경우 짙은 황토색 계열의 색상으로 염색이 이루어 졌다. 면, 견, 나일론 및 폴리에스테르 모두 직물에서 전반적으로 알루미늄 매염은 베이지색 계열로 주석 매염은 선명한 노란색 계열로 철매염은 어두운 고동색 계열의 색상을 나타냈다. 키토산 처리후 염색에 있어서 면은 선매염, 나일론은 후매염 처리를 한 경우에 우수한 색상을 얻을 수 있었다. 키토산 처리를 한 경우 섬유와 염료, 섬유와 매염재간의 친화성이 증가하여 화학염료로도 염색에 어려움이 있던 합성섬유인 나일론과 폴리에스테르 직물의 천연염색이 가능하였다. 세탁견뢰도 측면에서 볼 때 면과 폴리에스테르에서는 키토산처리가 세탁견뢰도의 상승을 유발시키나 견과 나일론에서는 세탁견뢰도에 거의 영향을 미치지 못하고 있다. 견과 나일론에서는 괴화염료 자체가 섬유와 직접적으로 높은 친화성을 갖고 있어 키토산의 효과가 나타나지 않고 있으나 면과 폴리에스테르에서는 괴화염료 자체가 섬유와 직접적인 친화성은 낮으나, 키토산처리에 의해서 염료와의 친화성이 증가되기 때문으로 사료된다. 세탁회수를 증가 함에따라 L값은 증가 하였으며 a, b의 값은 불규칙적으로 변하여 색이 도는 현상을 나타냈다. 이는 세탁시 세제와 물리적 힘에의해 이염이 이루어지며 색소의 선택적 착탈이 일어나는 것으로 추정된다. 키토산 처리 염색 직물에 있어서 미처리 염색 직물, 선매염 직물과 유사하거나 우수한 색상변화를 보였으며 키토산 처리시료에서 선매염과 후매염 간에는 큰 차이를 보이지 않았다. 공기투과도에 있어서는 천연섬유인 면과 견이 월등히 우수하였으며 키토산을 처리한 쪽의 공기투과도가 높게 측정되어 직물에 청량감을 부여하는 것으로 나타났다. 염색하지 않은 표준포 면과 나일론에 있어서는 키토산을 처리한 후에 공기투과도가 감소하는 현상을 보였는데 이는 키토산이 균일하게 도포되지 않았기 때문으로 여겨진다. 세탁에 의해 공기투과도는 증가하며 세탁회수가 10회이상 증가 할 수록 세제 및 세탁시 가해지는 물리적 힘에 의해 이염, 색소의 선택적 착탈, 조직의 재배열등으로 세탁에 의한 공기투과도 변화에 불규칙성을 보였다. 이는 섬유의 종류, 키토산처리 유무, 매염 유무, 매염제의 종류, 선후 매염처리에 따라 상이한 결과를 보였는데 이는 각각의 경우마다 섬유, 염료, 키토산 및 매염제 간의 고유한 결합 특성 때문으로 추정된다. 일광견뢰도의 측정 결과 1~3등급의 견뢰도를 나타내었다. 직물의 종류에 있어서는 견, 매염제의 종류에 있어서는 Al 매염, Fe 매염처리및 키토산 처리를 한 경우에 2～3등급으로 견뢰도가 향상되는 것으로 나타났으며 그 외의 경우에는 일반적인 천연염색과 마찬가지로 1등급의 낮은 견뢰도를 보였다. 결과적으로 괴화염색시 견직물의 일광견뢰도가 우수하며 Al 매염, Fe 매염, 키토산 처리를 통하여 일광견뢰도를 높일 수 있을 것으로 사료된다. 항균성은 키토산 처리 직물에서 높게 나타났으며 세탁에 의한 항균성 유지는 이루어지지 않는 것으로 측정되었다. ; As a term of environmental affinity is raised in 21C, the public interest that environmental problems have a close relation with our lives, has increased. Therefore, the natural dye of environmental affinity, instead of the chemical dye, has been researched and revaluated in artistic, academic and industrial circles. Traditionally, rice straw and lime were used as a mordant in order to improve the effects on colorization, dye uptakes and colorfastness and now, many kinds of mental are used. However, mordanting makes properties of fabric worse. In addition, because most chemicals used as a mordant are heavy metals, they do harms to human s body and cause environmental pollutions and industrial accidents. It is rare that the natural dye is applied directly to fabric and, if any, dye uptakes of it is very low. In order to improve colorfastness and change the color of fabric, mordanting for the natural dye has been done. In this study, I treated two pieces of natural fabric, cotton and silk and two pieces of synthetic fabric, nylon and polyester, with Chitosan of environmentally friendly material and investigated the possibility that chitosan could be substituted for a metallic mordant and let dyeing behavior helped and physical property of fabric improved. I dyed four kinds of fabric with Japanese Pagoda Tree which is famous for good medical activity and colorfastness of light, and then measured colorization, colorfastness of laundry, colorfastness of light, air permeability and antimicobial activity. Finally, I examined changes of color and colorfastness by chitosan treatment, pre-mordanting and post-mordanting and investigated the general influence of chitosan on natural dyeing. The results of this study may be summarized as follows. Chitosan treatment would cationize surfaces of fabrics. Cationizing fabrics would better crosslink with mordants and dye. As the results, synthetic fabrics, nylon and polyester, which are used to dye in chemical spray dyeing process, could be dyed with natural dye, Japanese Pagoda Tree. Colorfastness and dye uptake were investigated by chroma meter at fabrics dyed with three kinds of mordants, Al, Sn and Fe, and chitosan. Dye uptake of fabrics was remarkably increased by chitosan. Effects of chitosan on dye uptakes were significantly improved in cotton and polyester. Colorfastness hasn t been already improved by chitosan treatment and mordants except silk and Al mordanting and Fe mordanting. Chiosan treatment led air permeability increased and made fabrics stiff and cool. According as laundering was repeated, results of air permeability measure were showed irregularly. I expected that for a laundry, dye molecules came off and were absorbed to fabric by physical forces and detergents, and the structure of fabric got entangled. On the other hand, I tested the antibiosis effect through Smear and contact method IIwhich used samples of cotton and MRSA(Methicillin Resistant Staphylococcus Aureus). The best antibiosis effect was showed at standard non- dyed cotton treated with chitosan. This reveals that chitosan has the antibiosis effect, but I am not sure that there is the antibiosis effect on the Al mordanting. At the result of Smear and contact method IIafter 20 times washing, the antibiosis effect was reduced in both cotton treated with chitosan and cotton treated with Al. I hope that this study on the antibiosis effect of maintenance after washing will be continued in the future.