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오배자 천연염색에서 염색조건의 변화와 키토산(chitosan) 처리가 미치는 영향

Title
오배자 천연염색에서 염색조건의 변화와 키토산(chitosan) 처리가 미치는 영향
Authors
홍신지
Issue Date
2001
Department/Major
대학원 의류직물학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
전동원
Abstract
There has been increasing public interest in health-oriented materials, which are hygienic and environmentally friendly, as modern society is faced with various threats to the environment, including pollution. These concerns have prompted the research on natural dying using organic materials. The present study investigated a new method of organic dying by pre-treating fabrics with chitosan obtained from the crustacea which may overcome the disadvantages of natural dying that have been previously problematic in the industry. The polycationic chemical characteristic of chitosan made dying with natural substances possible for some of the textiles that were previously shown to be resistant to natural dyes. Pre-treatment of fabrics with chitosan led to increased bonding of dye to the fabrics and intensified colorization. Also, we hypothesized that the chelation between chitosan and natural dye would lead to better colorfastness. The biggest advantage of using chitosan in natural dying is to maximize the benefits of using natural materials, which are safer to humans as well as environment. In order to investigate the effects of chitosan treatment on natural dying, this study examined the effects of chitosan and its dose-response on Rhusjara ica which is natural and mordantic by comparing the degrees of colorization between chitosan pre-treated and non-treated cotton, silk, nylon, and polyester. In addition, changes in color of dyed fabrics have been examined for three dye mediums, aluminium, nickel, and iron, used before and after dying in order to compare the effects of different dye mediums on colorization of the fabrics and color fastness. Chitosan treatment, which provided -NH₂ for better bonding of dyes to the fabrics, significantly improved the quality of organic dying in cotton and polyester, which are cellulose and synthetic textiles, respectively, that are characteristically resistant to organic dyes. This appeared to be an efficient dying method that eliminates the need for repeated dying steps and excessive use of dye chemicals. Also, a combination of chitosan and metal mediums resulted in better colorization than with metal mediums alone. These results imply a reduction in the concentrations needed of these toxic and environmentally harmful metal mediums. Examination of bacterial resistancy to MRSA (Methicillin Resistant Staphylococcus Aureus) revealed that Rhusjara ica alone was not significantly anti-bacterial. However, both undyed and dyed fabrics treated with chitosan showed to be resistant to bacterial growth as tested by smear and contact method II. Although color fastness was not significantly improved through chelation by chitosan as was expected, improved colorization of textiles by chitosan treatment resulted in increased retention of colors after multiple washes and lighting. ; 현대인들은 최근 각종 공해와 환경문제의 대두로 인해 쾌적하고 위생적이면서도 그 제조과정에서 환경을 오염시키지 않는, 건강 중심의 기능성 소재에 많은 관심을 갖게 되었다. 특히 아조계 염료를 비롯한 합성염료의 사용은 수질오염의 주된 요인으로 지적되어 왔으며 인체에도 유해한 것으로 알려진 바 있다. 따라서 이를 극복할 수 있는 유일한 대안으로 전통적인 천연염색에 대한 관심이 다시금 높아지고 있는 실정이다. 천연염료는 자연물로부터 추출되는 단독 혹은 복수의 천연색소를 포함하는 물질로서, 인체에 무해하고 환경 친화적이며 온화하고 깊이 있는 색감을 나타낼 뿐 아니라 종류에 따라서는 항균, 소취 및 약리작용을 나타내는 것으로 알려져 있다. 그러나 이러한 많은 장점에도 불구하고 염재의 확보, 원료의 정제 및 보관에 제약이 따르며 염색 방법이 복잡하고 염색물의 균제도와 견뢰도가 불량하다는 등의 여러 결점을 지니는 것 또한 사실이다. 특히 염착성이 낮고 색을 재현하는데 어려움이 있는 등의 측면은 천연염색물의 실용화와 대량 생산을 실현함에 있어 커다란 제약이 아닐 수 없다. 따라서 천연염색에서는 염색 시 발색, 염착, 염색 견뢰도 증진 등의 목적으로 각종 매염제를 사용한 선·후매염의 방법을 많이 도입하며 이는 천연염색에 있어서 중요한 비중을 차지한다. 천연염색은 매염의 조건(매염제의 종류, 농도, 온도, 시간 등)에 따라 완성품의 색채가 미묘하게 변화한다. 매염제는 사용상의 편리함과 농도의 균일성 때문에 금속 이온을 함유하는 화학 약품이 주로 이용되나 이러한 화학 매염제는 섬유의 물성을 손상시키고 변퇴색, 섬유 취화를 유발하기도 하며 특히 인체 및 환경에 악영향을 미친다. 본 연구는 갑각으로부터 수득되는 키토산(chitosan)을 직물에 전처리 가공하는 방식으로 천연염색에 응용하였으며 이를 통해 천연염색이 지닌 단점을 일부 극복하고자 시도하였다. 키토산(chitosan)은 키틴(chitin)의 탈아세틸화 반응으로부터 얻어지는 천연고분자화합물로서 인체에 적합하고 생분해성이 뛰어난 환경 친화적인물질이어서 방오, 방축 및 염색성 향상 등 최근의 직물 가공에서 매우 바람직한 가공제로 평가받고 있다. 키토산(chitosan) 처리 직물은 바삭거리는(crisp) 촉감과 공기투과도의 향상으로 청량감이 부여되며 자체의 고유한 항균성이 발현되는 것으로 보고된 바 있다. 다가의 양이온(polycationic)이라는 키토산(chitosan)의 화학적 특성은 기존의 천연염료로는 염색이 거의 불가능했던 직물의 키토산(chitosan) 처리포에 대해 염착량의 증대와 농염색을 통한 염색성의 향상을 부여하게 되며 또한 킬레이트(chelate)화로 인한 염색견뢰도의 향상까지도 꾀할 수 있다. 직물의 염색가공에서 키토산(chitosan)이 보여줄 수 있는 가장 중요한 장점으로는 그 자체가 우수한 천연화합물이므로 천연염료에 의한 염색의 인체, 환경 친화적인 여러 장점들을 극대화시킬 수 있는 점을 들 수 있으며 또한 금속 매염제의 대치 효과까지도 기대해 볼 수 있을 것이다. 본 연구는 천연염료로서 다색성 염료이며 매염염료인 오배자(Rhusjara ica) 색소추출 분말을 사용하였으며, 키토산(chitosan) 가공이 천연염색에 미치는 영향을 고찰하고자 면, 견, 나일론, 폴리에스테르의 키토산(chitosan) 처리포와 키토산(chitosan) 미처리포에 대하여 염색을 행함으로써 키토산(chitosan)이 오배자 염색에 미치는 영향을 정량적으로 검토하였다. 또한 알루미늄, 주석, 철 등 3종류의 매염제를 사용하여 선매염과 후매염법을 모두 행함으로써 매염제의 종류 및 매염 방법에 따라 차이를 보여주고 있는 염색 후 표면색의 변화, 염색견뢰도를 비교·분석하였다. 연구 결과 견, 나일론에 대해서는 매염제에 따른 서로 다른 발색의 효과만 확인하였을 뿐 키토산(chitosan) 처리 없이도 염색이 매우 용이하였으나, 기존에 염색이 어려웠던 셀룰로오즈(cellulose)계 섬유인 면과 합성섬유인 폴리에스테르에 대해서는 키토산(chitosan) 가공을 통해 염료와 결합할 수 있는 아민기를 부여함으로써 상당한 염색성의 향상을 성취시킬 수 있었다. 이로써 반복 염색의 번거로움을 감소시킴과 동시에 소량의 천연염료로도 충분한 발색 효과를 기대할 수 있게 되었다. 특히 면 소재의 경우 키토산(chitosan) 가공을 통하여 천연염색의 소박하고 편안한 멋을 잘 살릴 수 있는 실용적 소재로의 사용이 가능해졌으며, 폴리에스테르포는 염색시 그 색상이 파스텔(pastel)조로 아름답게 발색되어 새로운 소재로서의 용도 확대가 가능해졌다. 또한 키토산(chitosan) 가공과 금속매염을 병행함으로써 더 선명하고 짙은 색상을 얻을 수 있었으며 따라서 인체 및 환경에 유해한 금속 매염제의 사용을 조절, 억제할 수 있는 가능성이 제시되었다. 항균성 평가에서 Smear & Contact Method II의 방법을 적용하여 MRSA(Methicillin Resistant Staphylococcus Aureus, 메티실린 내성 황색포도상구균)에 대한 항균성을 실험한 결과, 오배자 염색포 자체의 항균능은 인정되지 않았고 다만 키토산(chitosan)처리 백포나 키토산(chitosan)을 처리하여 염색한 포에 대해서만 그 항균성이 확인되었다. 기대되었던 키토산(chitosan)의 킬레이트(chelate) 효과로 인한 염색견뢰도의 향상은 뚜렷이 나타나지 않았으나 염색성 향상을 통한 농염색으로 인해 세탁, 일광 후의 잔존 색소량이 증가하여 변퇴색 후에도 비교적 안정된 색감을 유지할 수 있었다.
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