Laccase에 의해 효소처리를 행한 천연염료에 의해 양모를 염색하는 환경 친화적인 신규 염색기술에 대해 검토하였다. 그 결과 천연염료에 의한 양모염색에 있어서 천연염료와 효소를 작용시킴으로써 다수의 염료를 변화시킬 수 있음을 알았다. 특히 五倍子 염료 등은 농색으로 염색되었다. 염색견뢰도에 있어서는 효소처리에 의해 특정 염료에서 마찰견뢰도 또는 내광견뢰도를 향상시킬 수 있었다.
1. 머리말
최근 온난화가스 감축에 의한 지구온난화 방지 등 환경 친화적인 정책이 각국에서 추진되고 있어 제조업에 있어서도 환경 친화적인 제품생산이 요구되고 있다. 섬유산업에 있어서는, 특히 염색가공 산업에 있어서 많은 에너지와 용수, 특히 화학약품 소비는 저 환경 부하의 환경 친화적인 염색기술에 대한 방안이 요구되고 있다.
당 센터에서는 이런 현상에 입각, 천연염료와 효소와 같은 천연물을 이용해 양모 등의 단백질계 섬유를 염색하는 환경 친화적인 신규 염색기술에 대해 검토하였다.
구체적으로는, laccase를 천연염료에 작용시키는 효소처리를 행해 이 효소 처리한 천연염료로 양모를 염색하는 것을 검토하였다.
2. 실험방법
2.1 시료 및 효소
실험용 양모는 시판되는 wool serge(종 48/2, 횡 48/2), 밀도(종 76.5/inch, 횡 89.0/inch), 중량 280g/㎡를 사용하였다. 효소는 laccase daiwa(大和화학)을 사용하였다. 적정 pH는 4~4.6, 적정온도는 60℃로 하였다.
2.2 염색
천연염료에는 시판되는 액체식물염료를 사용하였다. 인도 꼭두서니, 울금, 회화나무, catechu, 황다랭이, 치자나무, 호두, 황금(Scutellaria baicalensis), 오배자, 석류, 소방목, 대황, 정향, 蛭木(질목=Bruguiera conjugata,Merr), 빈랑자, 가자(Terminalia chebula), 소귀나무, logwood의 18종의 염료를 사용하였다. 염색기는 color path(일본염색기계)를 사용하였다. 염액은 초산완충액(pH 4.3)을 사용하였다.
2.3 매염방법
매염제는 시판되는 고농도 액체매염제(철, 알루미나)를 사용하였다. 염색 후 color path를 사용, 매염제 10%o.w.f., 욕비 1:30, 95℃에서 30분간 매염하였다. 그 후 수세를 행하였다.
2.4 염색성 평가
각 염색시료를 미놀타 CM3600d 분광측색계에 의해 L* 및 a*, b*, 색차(ΔEab)를 측정, 염색성을 평가하였다.
2.5 염색견뢰도 시험
염색 후 시료에 대한 염색견뢰도를 이하의 방법으로 평가하였다.
-마찰견뢰도 시험 : JIS L0849 마찰시험기Ⅱ형
-내광견뢰도 시험 : JIS L0842 자외선 카본아크 등(제3로광법)
3. 실험결과 및 고찰
3.1 효소처리 조건의 검토
오배자 및 소방목 염료를 사용, 효소처리의 순서, 효소처리에 있어서의 효소처리 농도, 처리온도, 처리시간의 차에 의한 영향에 대해 염색성을 평가하였다.
효소처리는 초산완충액에 염료를 가한 염액에 효소를 첨가하고, 소정의 온도와 시간을 유지시켰다. 효소처리 기본조건으로 효소농도 0.1g/L, 효소처리온도 40℃, 효소처리 시간은 10분으로 하였다.
염색에 관해서는, 염료농도 20%o.w.f., 욕비 1:60, 95℃×30분으로 하였다. 시료를 투입한 후 10분 간 유지한 후 95℃까지 승온하였다. 염색 후 수세하였다.
3.1.1 염색 전후에 있어서의 효소처리의 검토
효소처리를 염색 전 또는 염색 후에 행했을 때 어떻게 다른가를 검토하기 위해 사전에 염료와 효소를 작용시킨 염액에 염료를 투입해 염색하는 방법과, 염색 후에 별도의 욕(초산 완충액 pH 4.3)으로 하고 염색시료에 효소를 작용시키는 방법을 시험해 보았다. 효소처리 시간은 30분으로 하였다. 오배자 염료를 사용해 염색한 염색시료의 염색성을 평가한 결과는 그림 1과 같다. 효소처리를 염색 전에 행했을 때는 색차가 변화(b*값 증가)해 효소처리 효과가 보였으나, 염색 후에 행했을 때에는 효과가 없었다. 소방목 염료를 사용한 경우에서도 마찬가지로 염색 후에 행했을 때에는 효과가 없었다.
그림 1 효소처리 순서와 그 효과(오배자)
3.1.2 효소농도의 검토
효소 농도의 차이에 따른 영향에 대해 오배자 염료를 이용해 검토한 결과는 그림 2와 같다. 효소농도는 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0g/L의 조건으로 행하였다. 효소농도가 높을수록 a*값은 증가하는 것을 알았다. 그림 3은 소방목 염료를 사용해 검토한 결과이다. 소방목 염료를 사용한 경우에는 효소농도와 함께 a* 값은 감소하고 b* 값은 증가하였다.
그림 2 효소 농도에 의한 색채변화(오배자)
그림 3 효소농도에 따른 색채 변화(소방목)
3.1.3 효소처리 시간의 검토
효소처리 시간의 차이가 염색성에 미치는 영향에 대해서 검토한 결과는 그림 4와 같다. 효소처리 시간에 있어서는 10, 20, 30, 60, 120분의 조건으로 하였다. 효소처리 시간에 따른 색채에의 영향은 그다지 보이지 않았다. 소방목을 이용한 경우에서도 마찬가지로 색채에의 영향은 보이지 않았다.
그림 4 효소처리 시간의 영향(오배자)
3.1.4 효소처리 온도의 검토
효소처리 온도의 영향에 대해 오배자 염료를 이용해 검토한 결과는 그림 5와 같다. 온도는 40℃, 50℃, 60℃의 3개 조건으로 하였다. 효소처리 온도를 변화시켜도 색채 변화는 명확한 경향은 보이지 않았다. 소방목 염료를 사용한 경우도 마찬가지였다.
3.2 각종 염료의 효소처리에 의한 염색성에의 영향
각종 액체식물 염료로 염색한 경우의 효소처리에 의한 염색성의 영향에 대해 평가하였다.
효소처리 한 염색시료와 효소처리하지 않은 염색시료와의 차이인 ΔL* 및 Δa*, Δb*, ΔEab 값은 표 1과 같다.
그림 5 효소처리 온도의 영향(오배자)
효소처리 조건은 효소농도 0.1g/L, 처리온도 40℃, 효소처리 시간 20분이다.
염색은, 효소처리 후 시료를 투입하고 40℃에서 10분간 보존한 후 95℃까지 승온하고 30분간 보존해 염색하고 수세하였다. 이후 매염을 행해 매염을 행하지 않은 것과 비교하였다. 염료농도는 20%o.w.f., 욕비 1:30으로 하였다.
매염을 하지 않은 염색시료의 염색성에 대해서는 ΔEab가 10 이상이 된 염료가 7종류, ΔEab가 5 이하가 된 염료가 9종류로, 효소처리에 의해 약 반 수의 염료가 색채변화가 컸다. 철 매염을 한 염색시료의 경우 ΔEab가 5 이하가 된 염료는 9종으로, 그 중 10 이상이 된 염료는 2 종류였다. 알루미늄 매염을 한 염색시료의 경우 ΔEab가 5 이상이 된 염료가 10종으로, 그 중 10 이상이 된 염료는 8종이었다. 오배자 염료 등은 ΔL*가 크게 마이너스가 되나, 효소처리 한 염색시료는 실제 농색으로 염색되었다.
3.3 염색시료의 견뢰도
철 매염한 염색시료와 매염하지 않은 염색시료의 염색견뢰도를 측정하였다. 내광견뢰도시험 결과는 표2와 같고, 마찰견뢰도 시험 결과는 표3과 4와 같다.
색채가 변화하기 때문에 단순히 평가할 수 는 없으나, 내광견뢰도에 대해서는 매염하지 않은 염색시료가 9종류, 매염한 염색시료의 경우에는 7종류가 효소처리에 의해 내광견뢰도가 향상함을 보였다. 건 마찰견뢰도의 경우에는 매염하지 않은 것은 거의 향상되지 않았고, 매염한 것의 경우에는 5종류가 향상하였다. 그러나 저하하는 것도 많았다.
습 마찰견뢰도에 대해서는 매염하지 않은 것은 대부분 향상하지 않았고, 철 매염한 것은 5종류의 향상이 보였다. 그러나 일급 이상 저하하는 것도 있었다.
4. 결론
천연염료와 효소와 같은 천연물을 이용해 양모 등의 단백질계 섬유를 염색하는 환경 친화적인 염색기술에 대해 검토하였다. 그 결과 천연염료에 의한 양모염색에 있어서, 천연염료와 효소를 작용시킴으로써 많은 염료의 색채를 변화시킬 수 있음을 알았다. 특히 오배자 염료 등은 농색으로 염색되었다.
염색견뢰도에 대해서는 특정의 염료에서 마찰견뢰도 또는 내광견뢰도를 향상시킬 수 있었다. 그러나 일부 염료에서는 1급 이상 저하하는 것도 있음을 알았다. 또 일부 염료에서는 효소처리에 의해 생성물이 발생해 염반을 일으킨다고 하는 문제가 발생하였다.
출처 : 廣瀬繁樹외 2인(尾張繊維技術センター 加工技術室)/愛知県산업기술연구원 연구보고 2011-12
