소목염색에서 PH조건이 색상변화에 미치는 영향

Abstract

In the natural dyeing using Caesalpinia sappan, the hue, value and chroma of the color may varied within a wide range depending on the mordanting agent. Moreover, the color of the pigment in Caesalpinia sappan is changed according to the pH of the Caesalpinia sappan dye liquor. This study presents the possibility of diversifying colors from the results of the experimental dyeing on silk and cotton fabrics using Caesalpinia sappan for the various mordanting agents and pH conditions. We have observed the color changes of the silk and cotton fabrics that were pre-mordanted by using Al, Sn, Cu, and Fe both in the acidic and alkaline conditions of the Caesalpinia sappan dye liquor with various concentration levels. In order to adjust the pH of the Caesalpinia sappan dye liquor, carboxylic acid, citric acid, and Schisandra chinen sis extract were used for the acidic range of pH from 3 to 5, whereas the lye and NaOH solutions were used for the alkaline range of pH from 6 to 9 and from 6 to 13, respectively. In addition, we introduced the chitosan treatment prior to dyeing, which carries excellent absorption ability and helps to obtain a deep shade of the color. It is noted that the comparison between the chitosan pre-treatment and the chitosan non-treatment was only done for the Al pre-mordanted silk and cotton fabrics. The results of the experimental dyeing in the acidic condition are as follows. The Al pre-mordanted silk and cotton fabrics showed the yellow color rather than the reddish color that is the original color of the Caesalpinia sappan dye liquor, which became remarkable in the strong acidic condition. The Sn pre-mordanted silk and cotton fabrics showed red color consistently irrespective of the pH values. It is noticeable that the Cu pre-mordanted silk and cotton fabrics showed a wide range of colors compared to the other mordanting agents when pH value was between 3 and 5. In the case of the Fe pre-mordanted silk and cotton fabrics, even the original color of red was not presented especially in the strong acidic condition. This implies that the pre-mordant using Fe is not feasible in the strong acidic condition. The results of the experimental dyeing in the alkaline condition are as follows. In the case of the Al pre-mordanted silk and cotton fabrics, the a*value was maximized at pH 6 and decreased as pH decreased below 6. It is noticeable that the original color of red can be shown in the neutral or slightly acidic conditions without introducing the strong alkali. The Sn pre-mordanted silk and cotton fabrics showed color changes as the a*, b*, and ⊿E values decreased when pH was larger than 10. In the range of pH between 6 and 9, the Sn pre-mordanted fabrics showed reddish color consistently as in the case of the acidic condition. The Cu pre-mordanted silk fabrics showed color changes from R to RP and from R to RP to P when pH was adjusted by the lye and NaOH solution, respectively. In the case of the Cu pre-mordanted cotton fabrics, the purple color became dominant as pH increased when pH was adjusted by the lye solution. The Cu pre-mordanted cotton fabrics showed color changes from R to RP to P as in the case of silk fabric when pH was adjusted by the NaOH solution. As in the case of the strong acidic condition, the Fe pre-mordanted silk and cotton fabrics didn't present the original color of red in the strong alkaline condition. Therefore, the pre-mordant using Fe is not feasible in the strong alkaline condition. The effect of the chitosan pre-treatment on the dyed fabrics are as follows. Comparing to the chitosan non-treated silk fabrics, the chitosan pre-treated silk fabrics showed significantly large values of a* and ⊿E in the strong alkaline range of pH between 10 and 13. This implies that the chitosan pre-treatment helps to obtain a deep shade of reddish color. In the case of the chitosan non-treated cotton fabrics, the ability to absorption got worse as the ⊿E value decreased remarkably, whereas in the case of the chitosan treated cotton fabrics, the ⊿E value was maintained large even in the strong alkaline condition and thus the dyed fabrics showed a deep shade of reddish color as in the case of silk fabrics. We have observed the K/S value of the pre-mordanted fabrics according to pH of carboxylic acid, citric acid, and Schisandra chinen sis extract. In the neutral condition, the K/S value increased and thus that condition was effective to obtain the reddish color. When carboxylic acid was used to adjust pH, the Al pre-mordanted silk and cotton fabrics showed the highest values of the maximum absorption wavelength and K/S. This implies that carboxyic acid is the most effective to obtain the reddish color. The Sn pre-mordanted silk and cotton fabrics was not affected by pH changes irrespective of the kind of the acid solution. The Cu pre-mordanted silk and cotton fabrics showed the various maximum absorption wavelength according to the variation of pH and thus it showed a wide range of colors. In the case of Fe pre-mordanted silk and cotton fabrics, there was no difference of the maximum absorption wavelength between the pre-mordanted and non-mordanted fabrics, and it was difficult to obtain the reddish color of the Caesalpinia sappan dye liquor in the strong acidic condition. We also have observed the K/S value of the pre-mordanted fabrics according to pH of the lye and NaOH solutions. The K/S value increased as pH increased. When the NaOH solution was used to adjust pH, the pre-mordanted fabrics showed higher value of K/S. Therefore, it is more effective way to use the NaOH for obtaining a deep shade of color, The K/S value of the Al pre-mordanted silk and cotton fabrics was higher than that of the Sn pre-mordanted silk and cotton fabrics. This is because the Al pre-mordanted silk and cotton fabrics absorb both the reddish and yellow colors whereas the Sn pre-mordanted silk and cotton fabrics selectively absorb the reddish color. The Cu pre-mordanted silk and cotton fabrics showed a large difference of color as pH varied from 6 to 13. When pH was larger than 8, the maximum absorption wavelength of the Fe pre-mordanted silk and cotton fabrics decreased to 400 nm, which was similar to the case of the non-mordanted fabrics. The K/S value of the chitosan pre-treated silk fabrics decreased in most of pH ranges. In the strong alkaline range of pH from 10 to 13, however, the K/S value of the chitosan treated silk fabrics was much far higher than that of the chitosan non-treated silk fabrics. This implies that the chitosan pre-treatment helps to enhance the ability to absorption while reducing impairment of fabrics that is crucial problem in the strong alkaline condition.;소목은 매염제 종류에 따라서 명도와 채도 등의 색상이 광범위하게 변화되므로 매염제의 선택은 매우 중요한 요소이다. 소목 색소는 산성이나 중성, 알칼리성으로 액성이 변화하면 색상이 달라지는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 견섬유과 면섬유에 대하여 pH의 조건변화와 다양한 매염제의 도입에 따른 색상 다양화의 가능성을 타진하였다. 이를 위하여 Al, Sn, Cu, Fe 매염한 후 산 영역에서는 초산, 구연산, 오미자 추출액을 사용하여 pH3-5까지 맞춘 후 색상변화를 관찰하였고 알칼리영역에서는 NaOH수용액을 이용해 pH6-13까지, 잿물을 이용해서는 pH6-9까지를 변화시켜 색상을 관찰하고 정량적으로 비교분석하였다. 또한 각 매염제 마다 염액의 농도를 변화시켜가며 다양한 색상변화를 제시하였다. 더불어 천연염료로의 염색성 향상을 기대할 수 있고 염착량의 증대로부터 기인되는 농색의 효과를 얻을 수 있는 키토산을 견직물과 면직물에 도포한 후 알루미늄매염 하여 직물을 염색하였다. 상기 실험으로부터 얻어진 결과는 다음과 같다. 산성영역을 초산, 구연산, 오미자로 pH를 조절하여 매염제를 변화시켰을 경우 Al매염에서는 견 섬유와 면섬유 모두 강한 산에 도달할수록 a*값이 저하되어 붉은색 발현이 다소 저지되고 b*값이 상승하여 노란색상이 강화된다. ⊿E값은 pH5에서 pH3으로 변할수록 낮아지는 것으로 보아 강산으로 갈수록 색상은 옅어진다는 것을 알 수 있다. Sn 매염에서는 다른 매염에 비해 견 섬유와 면섬유 모두 월등히 a*값이 높았고 b*값이 낮게 나왔다. ⊿E값에는 큰 변화가 없는 것으로 보아 Sn매염은 산성영역에서는 큰 영향을 받지 않는다는 결론을 내릴 수 있다. 주목해야 할 부분은 Cu 매염인데 소목고유의 붉은 색상에서 볼 수 없었던 다양한 색상이 관찰되었다. Cu 매염한 면섬유와 견 섬유에서는 초산과 구연산, 오미자 모두 a*값의 큰 차이는 없지만 b*값이 pH3과 pH4에서 음의 값을 나타내며 blue계열을 나타내고 있으며 pH5로 변화하면서 양의 값으로 변화하며 다른 조건에 비해 상당히 특이한 색상이 표출되었다. Fe 매염 시에는 견섬유와 면섬유 모두 강산으로 갈수록 b*값이 a*값에 비해 훨씬 높았으며 육안으로 살펴보아도 소목의 고유색상인 붉은색이 거의 눈에 띄지 않음을 확인할 수 있다. 이것으로 보아 아주 강한 산성에서 Fe매염은 작용이 힘들 것이라는 가능성을 제시할 수 있다. 이로써 Al매염, Cu매염, Fe매염에서 견직물과 면직물 모두 초산, 오미자, 구연산중 초산의 ⊿E값이 가장 높았으며 강한 산성으로 갈수록 ⊿E값이 낮아지는 경향을 보였다. 다음으로 알칼리 영역을 잿물과 NaOH로 pH를 조절하여 매염제를 변화시켜 실험한 결과이다. Al 매염시 pH6에서 a*값이 최대치를 보이다 강알칼리 영역으로 이동하면서 a*값이 점차 줄어들고 있다. 이것은 강알칼리를 적용하지 않고도 중성이나 약산성에서 전통적인 색을 재현해 낼 수 있다는데 큰 의미가 있다. 또한 잿물과 NaOH를 비교 하였을 때 그 수치에서 확연한 차이가 없는 것으로 보아 잿물 속에 포함되어 있는 금속이온들은 매염작용을 나타낼 수 없다는 선행연구를 입증하여 주는 결과를 나타냈다. Sn 매염한 pH6~9까지의 알칼리 영역에서는 산 영역 에서와 같이 a*값, b*값, ⊿E값의 큰 차이가 없어 Sn매염은 pH변화의 영향을 받지 않는 듯 보였으나 pH10이후로 a*값과 b*값, ⊿E값이 줄어들면서 색상이 변화함을 확인하였다. 본 실험에서 주목해야할 점은 Cu 매염에서 나온 결과인데 본 견 섬유에서 잿물로 pH를 조절할 때 R계열에서 RP계열로 색상이 변하고 있었다. NaOH로 pH를 조절한 경우 R-RP-P계열로 발색되고 있는 것으로 보아 소목 고유의 붉은 색상에서도 pH와 매염제를 변화시킴으로써 R계열에서 P까지 다양한 색상발현의 가능성을 입증하였다. Cu 매염의 면섬유에서의 눈에 띄는 점은 알칼리가 강해짐에 따라 보라색기미가 좀 더 강해졌다는 것이다. NaOH로 pH를 조절했을 때는 RP-P-PB계열까지 색상이 다양하게 변화하였다. 잿물로 pH를 조절한 후 염색한 경우 ⊿E값은 pH7까지만 상승하다 하락하는 것으로 보아 강알칼리를 써도 ⊿E값을 높이는데 크게 기여하지 않는다는 것을 알 수 있다. 또한 잿물과 NaOH를 같은 pH에서 비교해 보았을 때 NaOH가 ⊿E값이 더 높은 것으로 보아 선명한 색상발현에는 잿물보다 NaOH가 더 효과적이라고 볼 수 있다. Fe 매염에서 pH11 이후의 시료는 육안으로 시료를 보아도 철 매염을 했을 때의 누런색만 보일 뿐 소목 염액의 붉은 색상이 전혀 발현 되지 않았다. pH3, 4의 강한 산성에서도 Fe매염의 경우 붉은색상이 발현되지 않았었는데 강한 알칼리에서도 마찬가지의 결과가 나온 것으로 보아 Fe매염은 아주 강한 산이나 강한 알칼리에서 소목염료와의 염착이 일어나지 않을 수 있다는 가능성을 제시할 수 있다. 키토산 처리한 견 섬유의 경우 pH10~13까지의 강알칼리에서 a*값이 미처리 시료보다 수치가 훨씬 높은 것으로 보아 붉은색 발현에 효과적이며 ⊿E값도 미처리 시료에 비하여 높은 값을 유지하는 것으로 보아 선명한 색상발현에 도움을 준다는 것으로 볼 수 있다. 키토산 처리한 면섬유의 경우 키토산 미처리시료가 급격하게 ⊿E값이 저하 되면서 염착력이 떨어지는 것에 비해 키토산 처리한 시료는 견 섬유에서와 마찬가지로 강한 알칼리에서도 ⊿E값을 높게 유지시켜 진한 붉은 색의 색상을 나타내는데 도움을 주고 있는 것으로 판단된다. 초산, 구연산, 오미자의 pH에 따른 염착량(K/S)를 살펴보면 강한 산성에서 중성 영역으로 변화 할수록 그 수치가 증가하고 있다. 이는 중성영역에서 염료의 고착이 용이하여 붉은색의 발현에 효과적이라는 것을 나타낸다. 면섬유와 견섬유를 Al, Sn, Cu, Fe 매염했을 경우 Al 매염에서는 초산이 구연산이나 오미자보다 최대흡수 파장과 K/S값이 높아 붉은색 발현에 가장효과적인 것으로 나타났으며, Sn매염은 산의 종류와 상관없이 pH의 영향을 거의 받지 않는 결과가 나왔다. Cu매염은 최대 흡수파장이 pH의 변화에 따라 다르게 나타나고 있어 다양한 색상의 변화를 보여주고 있으며 염착량(K/S)은 pH가 상승 할수록 증가하는 경향을 보여준다. Fe 매염에서는 최대 흡수파장이 미 염색포와 큰 차이가 없어 강한산성에서는 염색은 소목의 붉은 색상 염착이 효과적이지 않다는 결론을 내렸다. 잿물과 NaOH의 pH에 따른 염착량(K/S)을 살펴보면 pH가 상승 할수록 염착량이 크게 감소하고 있다. 면섬유에서 측정된 K/S값은 견섬유와 비교할 때 상대적으로 매우 작은 값을 보여주고 있는데 이는 견섬유와는 달리 면섬유에서는 염료의 염착이 용이하지 않음을 의미한다. 또한 잿물보다 NaOH의 염착량(K/S)이 더 높은 것으로 보아 NaOH가 짙은 색상 발현에 더 효과적임을 증명해 주고 있다. Al매염과 Sn매염을 비교해 볼때 K/S값은 Al매염이 더 높았다. 이는 Al매염은 붉은색과 노랑색 계열이 동시에 염착되는데 비해 Sn 매염에서는 노랑색 계열보다는 붉은색 계열 색소를 선택적으로 염착한다고 해석되어진다. Cu매염에서는 pH가 6~13으로 변화하면서 최대흡수파장이 520~580nm로 변화하면서 색상의 차이도 크게 나타나고 있다. Fe 매염에는 pH8이후로 미 염색포의 최대 흡수 파장인 400㎚로 저하되어 미 염색포와 동일한 값을 나타내고 있다. 이러한 현상은 견직물은 강알칼리 영역에서는 소목의 고유한 색상인 적색계열이 전혀 발현되고 있지 않다는 선행연구의 결과와 일치하는 부분이다. 다음은 키토산 도입에 따른 결과 인데 견 섬유에서는 면섬유와 달리 키토산 처리가 도입되면 거의 대부분 K/S값이 저하되는 경향을 보여주고 있다. 하지만 pH10~13까지의 강알칼리 영역에서는 키토산 처리한 직물의 K/S값이 미처리 직물 보다 훨씬 높은 것으로 보아 강알칼리 처리에서의 최대 문제점인 섬유 손상을 줄이면서 염착력 향상에 기여할 것으로 사료된다. 키토산 처리한 면섬유를 살펴보면 열 추출소목 염료로 염색이 되는 경우 키토산 미처리 보다는 키토산 처리가 이루어짐으로써 거의 모든 매염에서 최대 흡수파장이 단파장 쪽으로 이동하고 있다. 본 실험의 경우 면섬유에서는 키토산 처리가 이루어지면 노랑계열 색상이 강조된다는 결과와 일치하고 있다. 또한 면섬유에서는 키토산 처리에 의해 ⊿E값뿐만 아니라 K/S값도 상승되기 때문에 키토산 사전처리 도입이 바람직하는 결론을 얻었다.