|
저환경부하 약제와 효소를 이용해 양모섬유를 개질하고 양모섬유를 통상의 방법으로 저온에서 천연염염료로 염색하는 방법에 대해 검토하였다. 개질제로는 과산화수소를 선정, 이 과산화수소를 활성화시켜 약제에 알칼리제 및 금속염을 이용하였다. 그리고 이 활성화된 과사노하수소수로 양모처리(과산화수소처리)를 행하였다. 그 결과 양모를 개질하고 통상의 방법으로 천연염료로 염색할 수 있었다. 또 과산화수소 처리 후 여기에 효소처리를 행함으로써 농색으로 염색할 수 있었다.
1. 머리말
저환경부하의 신규 염색기술 개발을 위해 작년도에는 천연염료와 효소와 같은 천연물을 이용해 양모섬유를 염색하는 환경친화형 염색기술에 대해 검토하였다.
구체적으로는 산화효소인 락카아제를 천연염료에 작용시키는 효소처리를 행해 이 염료로 양모를 염색하는 것을 검토하였다.
금년도에는 양모섬유를 저환경부하 약제를 이용해 개질하고, 환경부하가 적은 조건(통상보다 낮은 온도)로 천연염색하는 방법에 대해 검토하였다.
과산화수소는, 최종적으로는 물과 산소로 분해하기 때문에 환경친화적인 산화제로 알려져 있어 공업적인 이용은 증가하고 있다. 여기서 개질제로 과산화수소를 선택, 과산화수소에 의한 양모섬유의 개질에 대해 검토하였다.
과산화수소는 안정성이 좋아 단독으로는 수용액 중에서 거의 산화작dd을 나타나지 않으나 과산화수소 수용액을 알칼리성으로 하거나 중금속이 존재하는 상태가 되면 과산화수소는 활성화되어 해리를 촉진해 매우 강력한 산화력을 갖는 하이드록시 라디칼을 생성한다고 알려져 있다. 이 활성화된 과산화수소의 강력한 산화력에 착안해 본 연구에 임하였다.
2. 실험방법
2.1 시료 및 사용약제
실험용 양모시료에는 시판되고 있는 wool serge(종 2/48, 횡 2/48, 밀도 76.5본/inch, 횡 69.0본/inch, 중량 280g/㎡)을 사용하였다.
또 본 연구에서 사용한 약제는 다음과 같다. 과산화수소(34.5%), 암모니아(28%), 수산화나트륨(특급), 황산알루미늄 14-18 수산화물, 황산동(Ⅱ)5수화물, 황산철(Ⅱ)수화물, 염화마그네슘 6수화물, 황산망간(Ⅱ)4-6수화물, 황산니켈(Ⅱ)6수화물.
효소제로는 중성 프로테아제인 오리엔타아제 10NL(HBI(주)를 사용하였다.
2.2 염색
염료에는 시판의 액체천연염료를 사용하였다. 사용한 염료는 인도 꼭두서니, 울금, catechu(카테큐), 치자나무, 황금화(Scutellaria baicalensis), 석류, 소방목, 대황, 정향, Lac color, logwood의 11종이다. 염색기는 color path(일본염색기계(주) 또는 minicolor(텍삼기연(주))을 사용하였다. 염료농도는 20%owf, 염색온도와 시간은 85℃×30분하였다. 염색 후 수세를 행하였다.
2.3 금속염 처리
Color pad 또는 minicolor를 사용, 선매염과 동일한 수법으로 양모시료를 각종 금속염에 의해 85℃에서 30분간 처리하였다. 그 후 수세를 행하였다.
2.4 염색성의 평가
각 염색시료를 분광광도계 CM3600d(미놀타(주))에 의해 L*를 측정, 과산화수소처리 양모의 염색성을 평가하였다. L* 값이 클수록 명도가 크기 때문에 본 실험에서는L* 값이 적을수록 농색으로 염색된, 다시 말하면 염색성이 향상되었다고 판단하였다. 결과에 대해서는 미처리시료를 염색한 시료(금속염에 의한 과산화수소 처리의 경우는 금속처리 만을 한 후에 염색한 시료)의 L*값을 100으로 해 백분율로 표시하였다.
2.5 염색견뢰도 시험
염색 후의 양모시료에 대해 염색견뢰도를 다음의 방법으로 평가하였다. 마찰견뢰도 시험은 JIS L0849 마찰견뢰도 시험기Ⅱ로 하였다.
3. 실험결과 및 고찰
3.1 양모섬유의 개질방법 검토
양모섬유시료의 과산화수소 처리에 있어서 알칼리제에 의한 활성화 방법 및 금속염에 의한 활성화 방법에 대해 검토하였다.
과산화수소 처리는 소정의 처리온도에 달한 후 시료를 투입하고 30분 처리를 행하였다.
과산화수소 처리 양모의 염색성 평가는 각 처리 시료를 catechu(카테큐) 염료로 1욕에서 염색한 후 염색시료의 분광측색으로 행하였다. 염색에 관해서는 color path를 이용, 욕비는 1:60으로 하였다.
3.1.1 알칼리제에 의한 활성화 방법 검토
과산화수소와 활성화효과가 있는 것으로 알려진 알칼리제를 병용해 과산화수소의 활성화 효과를 검토하였다. 알칼리제에 암모니아 또는 수산화나트륨을 사용, 과산화수소 처리에 있어서의 온도의 영향에 대해 검토하였다. 또 고온에서 분해해 암모니아를 발생하고 과산화수소를 활성화시키는 효과가 있는 것으로 알려진 요소에 대해서도 검토하였다. 과산화수소 처리 조건은 다음과 같다.
과산화수소 100ml/L
처리온도 40, 50, 60, 70℃
알칼리제 암모니아 33g/L, 또는
수산화나트륨 2g/L
.bmp) .bmp) .bmp)
그림1 암모니아 효과 그림2 수산화나트륨 효과 그림3 요소의 효과
우선 알칼리제에 암모니아 및 수산화나트륨을 이용해 처리한 양모시료의 염색성을 평가한 결과 그림1과 그림2와 같았다. 암모니아를 이용해 활성화된 과산화수소 처리의 경우, 처리온도40℃에서는 L* 값의 감소는 보이지 않았으나, 처리 온도가 상승하면 L& 값은 감소, 보다 농색으로 염색되는 것을 알았다. 처리온도 70℃에서는 L* 값은 크게 감소해 70% 미만이 되고 염색시료는 대폭 농색으로 염색되었다. 그러나 양모섬유시료의 특징인 수축을 동반하였다. 수산화나트륨을 이용한 경우에서도 암모니아에 의한 활성화한 경우와 거의 동등의 경향을 나타내었다. 처리온도 70℃에서는 암모니아에 비해 수산화나트륨을 이용해 처리한 경우 쪽이 보다 농색으로 염색되어 그 활성화효과는 높았다.
이어 요소에 대한 결과는 그림 3과 같다. 과산화수소 처리는 알칼리제에 암모니아 및 수산화나트륨을 이용해 처리한 경우와 동일한 방법으로 행하였다. 단 요소 80g/L, 처리온도 65, 70, 75, 80℃로 하였다.
알칼리제에 암모니아 및 수산화나트륨을 이용해 처리한 경우와 마찬가지로 처리온도이 상승과 함께 L* 값은 감소해 농색으로 염색된다는 것을 알았다. 그러나 80℃에서 처리한 경우에서도 L* 값은 80% 미만으로는 떨어지지 않아 농색화 정도는 크지 않아 요소에 의한 활성화효과는 낮다는 것을 알 수 있었다.
3.1.2 금속염에 의한 활성화 방법의 검토
금속염에 의한 과산화수소의 활성화 방법에 대해 검토하였다. 금속염에는 황산동(Ⅱ) 및 황산니켈(Ⅱ)의 2 종류를 이용하였다.
우선 color path를 이용해 금속염 농도 3g/L, 욕비 1:60으로 양모시료를 금속염으로 처리하였다.
이어 color path를 이용해 과산화수소 처리를 행하였다. 처리 조건은 다음과 같다.
과산화수소 100ml/L.bmp)
처리온도 30, 40, 50℃
욕비 1:60
금속염에 의한 활성화된 과산화수소 처리에 있어서의 온도의 영향에 대해 검토한 결과는 그림 4와 같다. 황상니켈(Ⅱ)를 이용한 경우 온도가 높아도 L* 값은 감소하지 않아, 본 연구의 조건 범위에 있어서는 활성화효과가 낮다는 것을 알 수 있었다. 황산동(Ⅱ)를 이용한 경우에 있어서는 온도가 높아짐에 따라 L* 값은 감소해 농색으로 되어 활성화 효과가 높다는 것을 알 수 있었다.
그림 4 금속염의 효과
3.2 과산화수소 처리 양모섬유의 염색성 검토
각종 활성화 방법에 의한 과산화수소 처리를 행한 양모시료의 염색성에 대해 각종 액체천연염료를 이용해 미니칼라에서 염색한 것을 평가하였다.
과산화수소 처리는 3.1과 가의 동등의 방법으로 행하였다. 단 사용 기기에는 미니칼라를 사용, 시료를 투입하고 소정의 처리온도에 도달한 후 30분간 처리를 행하였다. 기본 조건은 다음과 같다.
과산화수소 100ml/L
욕비 1:40
알칼리제에 의한 활성화에 있어서 알칼리제로는 암모니아 30g/L 또는 수산화나트륨 2g/L를 사용하였다. 과산화수소 처리온도․시간은 60℃×30분으로 하였다.
금속염에는 황산알루미늄 및 황산동(Ⅱ), 황산철(Ⅱ), 염화마그네슘, 황산망간(Ⅱ), 황산니켈(Ⅱ)의 6종류를 사용하였다. 단 황산철(Ⅱ)의 사용 시에는 아스코리빈산을 금속염 처리 시에는 5g/L, 과산화수소 처리 시에는 2.5g/L의 농도로 병용하였다. 과산화수소 처리온도와 시간은 50℃×30분으로 하였다.
각종 염료로 염색한 과산화수소 처리양모 시료의 L* 값 측정결과는 표1과 같다. 울금으로 염색한 경우 과산화수소 처리의 농염효과는 그다지 확인되지 않았다. 한편 catechu와 황금, 석류, 대황, 정향, lac, logwood로 염색한 경우 과산화수소 처리를 행하지 않았던 양모보다 과산화수소 처리한 양모의 L* 값이 10 이상 감소하는 조건이 복수로 나타났다. 특히 catechu와 황금, lac로 염색한 경우 L* 값이 20 이상 감소한 조건이 존재하였다. 염료의 종류에 따라서도 농염효과를 발휘하는 것과 옅은 것이 있다는 것을 알 수 있었다. 천연염료에 대해서는 성분 등의 상세한 정보 등을 알 수 없는 경우도 있어서 현재로서는 그 이유를 파악할 수 없으나, 향후 검토예정이다.
황산알루미늄, 염화마그네슘, 황산망간(Ⅱ), 황산니켈(Ⅱ)을 사용한 경우는 어느 염료에 있어서도 농염효과는 보이지 않아, 이번 조건 범위에 있어서는 과산화수소의 활성화효과가 낮기 때문으로 생각된다.
.bmp)
3.3 염색견뢰도의 검토.bmp)
3.2에서 염색한 염색시료 중 catechu 염료를 이용한 염색시료에 대해 마찰견뢰도를 평가하였다. 그 결과는 표2와 같다.
미처리 시료의 경우 건 마찰견뢰도는 4급이나 습 마찰견뢰도는 2급으로 나타났다. 이는 염료가 양모시료 내부까지 침투하지 않았기 때문으로 생각된다. 염색성이 크게 향상한 암모니아와 수산화나트륨을 이용해 과산화수소 처리한 양모시료는 습 마찰견뢰도는 저하해 1~1-2급 정도가 되었다. 반면 염화알루미늄을 이용해 과산화수소 처리한 경우에 있어서는 금속염 처리만을 행한 시료의 건 마찰견뢰도가 2급, 습은 1~2급으로 마찰견뢰도의 저하는 과산화수소처리에 의한 영향은 아닌 것으로 생각된다.
또 황산동(Ⅱ)을 이용해 과산화수소 처리한 양모시료는 시험 중에 양모시료가 형상을 유지할 수 없을 정도로 생지가 손상되었다.
3.4 효소에 의한 후처리 검토.bmp)
효소에 의한 개질효과를 더욱 향상시킬 목적으로 과산화수소 처리와 효소처리를 병용하는 것에 대해서도 검토하였다. 3.2에서 아용한 각종 활성화 방법(황산동(Ⅱ)를 제외)에 의해 과산화수소 처리를 행한 시료를 효소농도 10% o.w.f., 욕비 1:30, 처리온도와 시간 50℃×60분의 조건으로 효소처리를 1욕으로 행하였다. 처리한 시료를 catechu 염료로 효소치리 하지 않은 시료와 1욕에서 미니칼라로 염색해 염색성을 평가한 결과는 표 3과 같다. 금속염에 의한 활성화를 행한 경우를 제외하고 효소처리를 행한 양모는 L* 값이 감소해 대폭적으로 농색으로 염색된다는 것을 알았다. 과산화수소 처리(알칼리제에 의한 활성화)로 효소처리를 병용함으로써 크게 염색성을 향상시킬 수 있다는 것을 알았다. 과산화수소 처리에 의한 전처리로 효소가 양모에 작용이 쉬워진 때문으로 생각된다.
4. 결론
저 환경부하 약제인 과산화수소로 활성화시킨 양모섬유를 개질하고 양모섬유를 통상보다 낮은 온도에서 천연염료 염색하는 방법에 대해 검토하였다. 과산화수소를 활성화시키는 약제로 알칼리제 및 금속염을 이용하는 과산화수소 처리에 의해 양모를 개질하고 통상보다 낮은 온도로 천연염료로 염색할 수 있었다. 또한 과산화수소 처리 후 효소처리를 행함으로써 농색으로 염색이 가능하다는 것을 알았다.
또 과산화수소 처리의 염색성에의 영향은 염료에 따라 달라, 일부 염료를 제외하고는 과산화수소처리에 의한 농염효과를 확인할 수 있었다.
그러나 개질효과가 높은 활성화방법에 의한 과산화수소 처리를 행한 양모시료는 명확한 손상과 수축이 일어났다. 또 과산화수소 처리에 의해 염색성이 크게 향상한 양모시료는 습 마찰견뢰도가 저하하는 등의 문제가 향후 풀어야 할 과제가 된다.
출처 : 廣瀨繁樹 외 2인/愛知縣 산업과학기술총합센터 (2012년 연구보고서)
|
