키토산 처리 직물의 천연 염색에 관한 연구

Abstract

최근에 환경과 건강에 대한 관심이 증대되면서 합성염료보다 '환경친화적'인 천연염료에 대한 관심이 상대적으로 커지고 있다. 천연 염료는 합성염료에 비하여 염색폐수로 인한 환경오염을 감소시킨다는 장점이외에도 섬유에서 유리되더라도 인체에 큰 피해를 주지 않으며, 색상이 자연스럽고 은은한 색조를 유지한다는 장점 때문에 최근에 많이 연구되어지고 있다. 특히 일부 천연 염료는 항균성을 갖는 것으로 알려져있다. 그러나 이러한 천연염료는 시기에 따라 추출량이 달라지고 용액 속에 추출되어 있는 절대량을 알 수 없기 때문에 재현성이 떨어진다는 점과 짙게 염색되지 않거나 얼룩이 생기기 쉬운 점, 천연섬유와 다른 여러 가지 우수한 물성을 지닌 합성섬유이외에는 염색이 어려운 점, 세탁내구성과 일광견뢰도가 낮아 상품화 하기 어렵다는 점 등의 문제를 가지고 있다. 종래 국내에서 보고된 천연색소에 관한 많은 연구들은 대개 염색공예가나 전통염색기법의 전승자들에 의하여 고대 염법을 재현하는 데에 촛점이 맞추어져 있었다. 그러나 이러한 전통염법은 합성염료에 의한 공업적 염색방법에 비하면 그 절차가 복잡하고 앞에서 말한 여러 문제점들을 가지고 있어서 과학적으로 그것을 해결하기에는 한계를 드러내게 되었다. 따라서 보다 체계적이고 과학적인 방법에 의한 천연염색에 관한 연구가 필요하다. 매염제는 섬유와 염료간의 물리적인 결합을 증진시키며 매염제의 고유한 특성에 따라 독특한 색상을 발현하게 해주는 역할을 한다. 그러나 과량의 매염제 사용은 사질손상, 변퇴색, 반점발생 등 섬유의 물성을 저하시킬 뿐 아니라 대부분의 매염제로 사용되는 약재가 중금속이기 때문에 인체에 유해하게 작용할 수 있으며 처리 공정에서 폐수, 작업장의 유해성 등의 산업재해와 환경오염 발생의 원인이 되고 있다. 또한 매염제를 사용하는 경우라 할지라도 천연염료는 견, 모와 같은 동물성 섬유에 비하여 면이나 마와 같은 식물성 섬유에 직접 염착하는 경우는 드물며 염착성이 아주 낮다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 금속이온 흡착능이 매우 우수하며 생분해성, 항균성, 기능성이 뛰어난 chitosan을 천연 염색에 이용해 보았다. 천연섬유 중 동물성 섬유인 견과 식물성 섬유인 면, 합성섬유인 나일론과 폴리에스테르에 해당하는 총 4종류의 직물에 chitosan처리를 하여 금속 매염제의 효과를 대체할 수 있는 가능성을 타진하였다. 이를 위해 chitosan으로 처리된4종류의 포를 염색한 다음 발현색상, 공기투과도, 일광견뢰도, 세탁견뢰도를 측정하였다. chitosan 처리와 선·후 매염처리에 의한 표면색, 염색견뢰도의 변화를 살펴봄으로써 chitosan이 천연염색에 미치는 영향에 관해 검토하였다. 동일한 염색 조건이 적용된다 할지라도 동물성, 식물성, 합성 섬유 등 직물의 성질에 따라 약간씩 다른 결과를 보였다. 특히 일반적으로 염색이 어렵다는 폴리에스테르에서 chitosan처리에 의해서 우수한 염색능이 실현되고 있다. 이것은 chitosan이 금속매염제를 대체할 수 있다는 가능성을 보여주고 있다. 직물마다 동일한 매염제가 사용되어도 공기투과도는 서로 다른 결과를 보여주고 있다. 공기투과율을 높이기 위해서는 각기 다른 조건이 필요하다. 면, 견과 같이 chitosan과 결합력이 큰 섬유에서는 chitosan처리의 유무, 매염의 유무가 공기투과도에 어느 정도 영향을 미치나 나일론이나 폴리에스테르처럼 chitosan과의 결합력이 크지 않은 섬유에서는 chitosan의 처리 유무와 매염의 유무가 공기투과도에 큰 영향을 미치지 않고 있기 때문인 것으로 생각된다. 대체적으로 chitosan처리 직물의 염색성과 세탁견뢰도가 우수하였으며 그 중에서도 후매염의 경우에 더 수치가 높았다. 그러나 원래 염색이 용이한 화학적 조성을 갖는 견이나 나일론에서는 chitosan이 크게 작용하지 않았다. 또한 무매염시에는 chitosan처리로 인한 세탁견뢰도 향상을 볼 수 없었으나 chitosan처리 효과가 매염제와 함께 작용하면서 세탁 효과가 향상되는 면과 같은 예도 발견된다. chitosan은 그 자체로 금속매염제 역할을 대체하여 염색이 힘든 직물에 염료가 고착되도록 유도하기도 하지만 다른 금속매염제가 염료를 흡착하도록 하는 과정에서 돕는 역할도 하는 것으로 추정된다. 무매염처리 직물의 경우 면과 실크는 chitosan처리 직물의 일광견뢰도가 높은 반면 나일론과 폴리에스테르는 chitosan을 처리하지 않은 직물의 일광견뢰도가 오히려 더 높았다. Fe매염 직물들은 다른 매염제로 처리한 직물들에 비해서 일광견뢰도가 상승하였다. 매염제의 처리가 chitosan의 처리보다 일광견뢰도에 대해서는 더 영향력을 미치는 것으로 사료된다.;As the interest about human health and environmental problem is raised, the concern about the natural dye of environmental affinity is also increased. The natural dye has two merits: It is not only undoing harm to human but also making natural and smooth color. Especially, some of natural dye have antimicrobial or anticancer activity. But there are some problems about natural dye so that researches about natural dye have not been done so much. Even though there are some, they are mostly by traditional methods, which are not scientific and quantitative. Because of its irregular quality of extracted things from crude material, it has been difficult that we make the reappearance of the same color every time, and another problem is about the color fastness by laundry and light. Therefore, it has been rare that the fabric by natural dye become a mass produce. Consequently, it is needed that the natural dye is studied by more systematic and scientific methods. Traditionally rice straw and lime were used as a mordant in other to improve the effect on colorization, dye uptakes and colorfastness, and nowadays many kinds of material are used as a mordant. However, mordant makes the properties of fabric worse. Besides, because most chemicals used as a mordant are heavy metal, they can do harms to human body and cause environmental pollution and industrial accidents. In this study, the Chitosan, which is made from Crustacea and is environmentally safe, is used by the mordant. Two kinds of natural fabric, cotton and silk, and two kinds of synthetic fabrics, nylon and polyester, are treated by the Chitosan, some of which are mordanted by three kinds of metal famous as mordant-Al, Sn, and Fe-,and dyed by Cochineal, an animal dye. The others are dyed by Cochineal without mordant. After that, changes of color and colorfastness by Chitosan pre and post treatment are examined and compared with Chitosan untreated fabrics, which are mordanted or unmordanted and dyed by the same ways. From this, the investigation of the general influence of Chitosan on natural dyeing is done. The result of this study is summarized as follows. The results of dyeing by each metal mordant are various colors, which are also turned by Chitosan: The fabric of Al is rather violet, that of Sn is rather reddish, that of Fe is rather grayish, and all of them show tendency to be vivid and deep color. In spite of this accord, the results are different from each other depending on the kind of fabrics at the same condition. It can be assumed that the chemical bonding between each fabric and treatment materials are not same. In case of unmordated, the fabrics are dyed well only by using Chitosan. In particular, it is very remarkarable that polyester, which is known as a fabric hardly dyed, is dyed very well by using Chitosan. It shows that Chitosan has possibility as a good mordant which can be used in dyeing synthetic fabics. In addition, the mordanted fabrics which is treated by Chitosan are dyed better than the mordanted fabrics which is not treated by Chitosan. It means that Chitosan takes a role as a helper between dye and mordant, as well as a mordant itself. Air permeablity also relies on the character of fabrics. The fabrics, which are cohesive to Chitosan such as cotton and polyester, are effected by Chitosan more, but the others are not. In the result of colorfastness of laundry, Chitosan has much effectiveness to dyeing. For instance, the cotton which was not good at colorfastness of laundry, get better when Chitosan added than only metal mordant added. The colorfastness of light is affected more by the treatment of mordant than by the existence of Chitosan. More systematic and various study of natural dyeing which has environmental affinity like using Chitosan is needed.