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1 한국염색가공학회지제 23 권제 1 호 2011 년 연구논문 Textile Coloration and Finishing Vol. 23, No. 1, 2011 치자청색소를이용한면직물의염색성연구 고혜리 이화여자대학교의류학과 Study on the Dyeability of Cotton Fabrics Dyed with Natural Gardenia Blue Powder Ko, Hye-Ri Dept. of Clothing and Textiles, Ewha Womans University (Received: November 18, 2010/Revised: December 10, 2010/Accepted: March 15, 2011) Abstract The natural dyeing of cotton fabric with gardenia blue powder was studied. Cotton fabrics were treated with chitosan in order to increase K/S values and colorfastness. K/S values were increased with increasing the concentration of gardenia blue powder, dyeing time and temperature, and the lower ph of dye bath. In case of chitosan finishing, K/S values were increased, and λ max shifted to 600nm at 400nm. The wash fastness was improved, but the abrasion fastness was lowered in the case of wet rubbing. Keywords: cotton fabric, natural dyeing, gardenia blue powder, chitosan, colorfastness 1. 서론 치자는꼭두서니과에속하는치자나무 (Gardenia jasminoids Ellis) 의열매를말린것으로주로황달이나열병, 혈뇨등에약재로처방되며노란색이선명해단무지등의식품염료로도사용되고있다 1). 또, 치자의황색소를변환시켜청색소를이용하고있는데과자, 아이스크림, 음료등의식품첨가물로써청색을내는데사용하고있다 2,3). 치자청색소는피부에침투과하여항염효과를나타내는것으로보고되고있으며 4), 화훼장식에도응용하여생화를염색하는연구도보고되었다 5). 천연염색에서치자는예로부터황색계열의염색에주로사용되어왔는데치자의색소를변환하여청색계열의염색도가능하다. 치자의색소는크게 carotenoid, iridoid, flavonoid 의세가지색소로분류된다. 이중 iridoid 에속하는 geniposide 성분이가수분해되어 genipin 이되고여러종류의아미노산과반응시키면청색의화합물로변환되어치자청색소를형성한다 6). 치자의청색소는두가지방법으로제조되고있는데, 효소반응을이용하는방법과미생물배양을통해가수분해하여변환하는방법이있다. 효소를이용하는방법은치자로부터얻은 geniposide 성분에 β-glucosidase를가하여가수분해한후 genipin을얻고아미노산과반응시켜청색소를제조하는것이다 2,6-9). 미생물을배양하여청색소를얻는방법은여러가지색소변환용미생물을배양한뒤황색소를첨가하여얻는것이다 10-13). 변환된색소는분말화하여주로식품첨가물로널리사용되고있다. 현재천연염색에서는청색계열의염재로서주로쪽 (Indigo) 이널리사용되고있는데쪽염색은염색과정이복잡하고색소의가격이비싸서어려움이많이있다. 쪽염색에대한연구도최근다양한각도에서이뤄지고있고여러가지조건으로염색하여정량적으로분석한결과가보고되고있지만, 환원제와알칼리를첨가하는과정때문에위험하고절차가복잡하며고도의기술이요구되는염색방법이다 15). 그러므로이미식품첨가물로써널리사용되고있는치자청색소를직물의천연염색분야로도입하여다양한각도에서연구가진행된다면청색계열염색에서치자염색이유용할수있을것으로사료된다. 아직까지도천연염색분야에서의치자청색소에대한염색성연구가미비하고, 염착량을높이기위해고농도의염액이요구되기때문에진한색상을 Corresponding author. Tel.: ; Fax.: ; ppiglett@hanmail.net c2011 The Korean Society of Dyers and Finishers /2011-3/21-27 Ⅰ21Ⅰ

2 Ⅰ22Ⅰ 고혜리 발현시키기위한연구가필요하다. 또견뢰도면에서의보완도필요한것으로사료된다. 치자청색소의면직물에대한염색성에관한본연구에서도선행연구들을바탕으로하여염색조건들을적절하게설정하고, 염색이이뤄지기전에견뢰도와염착량을향상시킬수있는방법을찾을수있도록하였다. 본연구에서는치자청색소분말을이용하여면직물에염색을하고색소농도, ph, 염색온도, 염색시간에따른염색성을변화를살펴보았다. 그리고천연염색에서매염제과같은효과를가지면서심색성을발현할수있도록하고견뢰도를향상시킬수있는키토산을직물에가공함으로써염색시다량요구되는분말색소의양을줄이면서염착량과견뢰도를향상시킬수있을지조사하였다. 2.1 시료및시약 2. 실험 직물시료염색에사용된직물시료는솜베 ( 주 ) 에서구입한시험용 60 수면백포를사용하였으며시험포의규격은 Table 1 과같다 염료및시약치자청색소는비누제조시사용하는분말타입으로, 비누플러스에서구입하여그대로사용하였으며, 치자의주색소인 geniposide 와 genipin 의분자구조를 Fig. 1 에제시하였다. ph 조절을위해사용한탄산칼륨 (K 2 CO 3 ) 과초산 (CH 3 COOH) 은 1 급시약을사용하였다. 키토산가공에사용한고분자량과저분자량의두종류의키토산은본연구실에서제조하여사용하였다. Table 2 에키토산가공처리에사용한키토산의특성을제시하였다. Table 1. Characteristics of cotton fabric Material Cotton, 60s Fiber content(%) 100 Weave plain Fabric count /inch 2 Thickness Weight Yarn count 0.21±0.02mm 115±4 g/ m2 Warp 60's, Weave 60's (a) (b) Fi g. 1. Structure of (a)geniposide and (b)genipin. Table 2. Charateristics of chitosans No. Weight average molecular weight (Mw) Degree of deacetylation (DA) 1 1,104, % 2 113, % 1: High molecular weight Chitosan (HMC) 2: Low molecular weight Chitosan (LMC) 2.2 실험방법 염색욕비를 1:100 으로하고치자청색소의농도 (1, 2, 5, 10 %(o.w.b)), ph(3.5, 7.5, 10), 염색온도 (5 0, 60, 70, 80, 90 ), 염색시간 (30 분, 50 분, 70 분 ) 등을변화시키면서염색하였다 키토산가공분자량이상이한두종류의키토산을 1% 초산수용액에용해하여 1% 키토산초산수용액을제조하였다. 준비된수용액에면직물을각각 2 시간동안침지시킨후 pick up 율을 100% 로하여패딩맹글처리하고 150 에서큐어링하였다. 처리가끝난시료는 ph 를변화시켜가면서 2%(o.w.b) 농도, 욕비를 1:100 으로하여 70 에서 50 분간염색하였다. 2.3 측정및분석 염착농도측정염색후염착량은 Spectrophotometer(Macbeth Color Eye 3100) 을이용하여염색물의최대흡수파장 (λmax) 에서의표면반사율을측정하여다음에제시한 Kubelka-Munk 식에따라서염착농도 (K/S) 를산출하였다. 한국염색가공학회지제 23 권제 1 호

3 치자청색소를이용한면직물의염색성연구 Ⅰ23Ⅰ K/S = (1- R ) 2 /2R K : Absorption coefficient S : Scattering coefficient R : Reflectance 견뢰도평가세탁견뢰도는 Launder-O-meter(LP 2, Atlas, USA) 를사용하여세탁에의한염색견뢰도시험방법 (ISO 105 C01) 에준하였다. 6 가지섬유로된 mm 크기의멀티포 (KS K 0905) 와테스트할시료를함께액비 50:1 의비누용액에넣은후 40 에서 30 분간세탁하였다. 세탁후오븐에서건조시킨후멀티포의오염된정도를변퇴색용표준회색색표와오염용표준회색색표를사용하여표준광원하에서변퇴색과오염의정도를비교하여등급을판정하였다. 마찰견뢰도는 Crockmeter(CM-5, SDL Atlas, U.S.A) 를사용하여 ISO 105 X12 의시험방법에준하여측정하였다. 3. 결과및고찰 치자청색소를이용한견직물의염색성을조사하기위해염색조건을다양하게변화시켜가며염색한결과가보고되었다 14). 치자청색소의농도를 2~30%(o.w.b) 까지변화시켜가며염색한결과색소의농도가 10%(o.w.b) 이상에서는균염이이뤄지지않는것으로보고 10%(o.w.b) 농도를견직물의염색적정농도로보고하였다. 그러나 10%(o.w.b) 농도로염색하는것은지나치게많은색소를소비하게되는것으로효율적인염색조건이라고보기어렵다. 색소의양을적게사용하면서도염착량을증가시킬수있는대책이필요한것으로사료된다. 또다른선행연구에서는치자의 geniposide 성분을변환시켜직접치자청색소를제조하여염색한결과가보고되었다 9). Geniposide 성분에 β -glucosidase 를가하여가수분해한후여러종류의아미노산과반응시켜청색소를얻었고염색조건을변화시켜가면서면, 견, 모직물에대한염색성을조사하였다. 최적염색조건으로면직물의염색에서는 ph 4.2, 60, 견직물의경우에는 ph 3.2, 70, 모직물의경우는 ph 2, 80 로평가하였다. 염색시간은 60 분이상에서는염착량이감소하는것으로분석되었는데이것은치자청색소를이용한견직물의염색성연구에서보고한것과일치하는부분이다 14). 견뢰도는땀 견뢰도와일광견뢰도에서의등급이낮은것으로조사되어보완이필요한것으로고찰하였다. 3.1 염색조건이염색물의 K/S 에미치는영향 치자청색소의농도색소의농도가 5%(o.w.b) 까지는염착량이서서히증가하다가 10%(o.w.b) 에서급격히증가하였다. 그러나 10%(o.w.b) 농도에서는염료가잘용해되지않고염색할때도끈적하게뭉쳐염색시얼룩이생기는현상이발생하므로농도가너무진한경우에는염착량은증가하나염색에서의효율이떨어지는것으로사료된다. 이것은선행연구에서의결과와일치하는것이다 14). Fig. 2 에 70 에서 50 분간염색했을때치자청색소의농도변화와 ph 변화에따른염착농도의관계그래프를나타냈다. ph 에관계없이색소의농도가커질수록염착이잘되었다 ph 의변화에따른 K/S Fig. 3 에염욕의 ph 의변화와염색물의 K/S 값을나타내었다. 대체적으로산성염욕에서염착량이크고 ph 가증가하면서염착량이작아지고있다 염색온도와시간에따른 K/S Fig. 4 에염색온도와염색물의 K/S 와의관계를나타냈다. 염욕의 ph 에관계없이염색시간이길어지고온도가높아질수록염착량이증가하였다 키토산가공포의 K/S Fig. 5 에각각다른분자량을갖는키토산으로처리된가공포를 2%(o.w.b) 농도로 70 에서 Fi g. 2. K/S values of cotton fabrics according to the dyeing concentration(70, 50min). Textile Coloration and Finishing, Vol. 23, No. 1

4 Ⅰ24Ⅰ 고혜리 a. 2%, 30min. a. 2%, ph 3.5 b. 2%, 50min. b. 2%, ph 7.5 c. 2%, 70min. Fi g. 3. K/S values of cotton fabrics according to the dyeing ph condition. 50 분간염색한후 K/S 값을나타냈다. 고분자량키토산을처리한면직물의경우 ph 3.5 과 ph 7.5 에서의염착량이약 7 배나증가한것을볼수있다. 저분자량키토산처리포도 ph 3.5 에서는미처리포의약 6 배, ph 7.5 에서는약 2.5 배정도염착량이증가하였다. c. 2%, ph 10 Fi g. 4. K/S values of cotton fabrics according to the dyei ng t emperature. 농도별염색결과에서보면치차청색소의염착은 ph 가낮을수록더잘이뤄지고있다. 키토산과치자청색소는수소결합을함으로써염착이이루어지는데, 염색과정에서염욕의 ph 가낮아질수록키토산과염료의수소결합이더강하게이루어지는것으로보인다. 한국염색가공학회지제 23 권제 1 호

5 치자청색소를이용한면직물의염색성연구 Ⅰ25Ⅰ 그러나알칼리성염욕에서는오히려키토산가공포에서의염착량이더작게나타났다. 이것은키토산가공이오히려알칼리성염욕에서의염착에방해가되는인자로작용한다고할수있는데산성염상태로부착되어있는키토산이염료와함께직물표면에서탈락하게되어염착이잘되지않는것으로사료된다. 3.2 치자청색소염색물의최대흡수파장비교 Fi g. 5. K/S values of chitosan treated cotton fabrics dyed wi t h natural gardeni a blue powder. 키토산가공포들의 K/S 값은 10%(o.w.b) 농도의치자청색소수용액으로 70 에서 50 분간염색한결과물의 K/S 값보다도큰수치를나타내고있다. 면직물에키토산가공을함으로써염액의농도를올리지않고서도염착량을증가시킬수있음을알수있다. 이것은분말색소의양을최소화하면서도염착량을증가시킬수있는방법으로써효율적인가공방법이라고사료된다. 가장염착이잘되는조건인 ph 3.5 에서염색온도를 70 로하여치자청색소의농도를변화시켜가면서염색하였다. 또, 두가지종류의키토산을가공처리한후치자청색소의농도를 2%(o.w.b) 로하고염색온도를 70 로하여염색하였다. Fig. 6 에치자청색소로염색한피염물의최대흡수파장을비교하였다. 1, 2, 5 %(o.w.b) 농도로면직물을염색하였을때, 최대흡수파장은 400nm 이고두번째로큰흡수파장은 600nm 로분석되었다. 1, 2, 5 %(o.w.b) 농도의염색에서는볼수없었던현상이 10%(o.w.b) 농도로염색한피염물에서발견되었다. Fi g. 6. UV-Vis absorption spectra of cotton fabrics dyed with natural gardeni a blue powder. Textile Coloration and Finishing, Vol. 23, No. 1

6 Ⅰ26Ⅰ 고혜리 치자청색소의농도가 10%(o.w.b) 이상으로높아지면최대흡수파장이 400nm 에서 600nm 로이동하는현상이나타나고있다. 이런현상은키토산가공한직물에치자청색소를 2%(o.w.b) 농도로하여염색한시료에서도발생하고있다. 이것으로보아치자청색소를적게사용하면서키토산처리에의한농염효과를기대할수있을것으로생각된다. 3.3 견뢰도평가 Table 3 은키토산미가공염색물과키토산가공염색물의세탁견뢰도와마찰견뢰도결과이다. 세탁견뢰도는변퇴색에서키토산미가공염색물에비해키토산가공염색물에서견뢰도가향상된것으로나타났다. 마찰견뢰도는건조시에모든염색물에서높은등급을받았지만, 습윤시모든키토산가공염색물에서견뢰도가저하되었다. 키토산가공처리에의해습윤마찰견뢰도가저하되는문제점을보완해야할것으로사료된다. Table 3. Color fastness of cotton fabrics dyed with nat ural gardeni a blue powder Color Fastness Washing Rubbing Untreated LMC treated HMC treated Fade Stain Dry Wet 결론 면직물에대한치자청색소의염색성을조사하고자하였다. 염색조건을다양하게변화시키면서적합한염색조건을찾았고, 직물에키토산을처리함으로써치자청색소를적게사용하면서도효율적으로진한색상을발현할수있다는점을밝혀냈다. 그러나견뢰도부분에서의개선을위한연구가더필요할것으로사료된다. 실험으로부터얻어진결론을요약해보면, 다음과같다. 1. 치자청색소수용액의농도가 10%(o.w.b) 에서가장큰염착량을나타냈지만농도가너무진한경우에는염착량은증가하나염색에서의효율이떨어진다. 2. 염욕의 ph 의변화에따른염착량의변화에서는, 염색시간에관계없이모두 ph 가낮아질수록염착량이증가한다. 3. 염색시간이길어지고염색온도가높아질수록염착량이증가한다. 4. 키토산가공처리한염색물과 10%(o.w.b) 농도에서염색한결과와비교해보았을때면직물에키토산가공을함으로써염액의농도를올리지않고서도염착량을크게증가시킬수있다. 5. 1, 2, 5 %(o.w.b) 농도의치자청색소수용액으로면직물을염색하였을때, 최대흡수파장은 400nm 이고두번째로큰흡수파장은 600nm 이다. 6. 치자청색소의농도를 10%(o.w.b) 로하여염색한모든염색물과키토산가공처리한염색물의최대흡수파장은같다. 7. 세탁견뢰도는키토산가공처리포에서더좋아졌고, 마찰견뢰도는건조시모든포에서우수한결과를보여주었지만습윤시모든키토산가공처리포에서견뢰도가약간저하된다. 참고문헌 1. A. S. Kim, Dyeing properties of Gardenia on Han Jee, J. Korean Society of Clothing and Textiles, 25(8), (2001). 2. H. J. Shin, A Trend in Research and Development of Natural Gardenia Pigments, Kor. J. Biotechnol. Bioeng., 22(5), (2007). 3. H. H. Yoon, C. S. Jung, and T. R. Hahn, Characteristics of Model Beverages with Gardenia Blue Pigments, J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 30(6), (2001). 4. J. H. Yang and N. H. Lee, Skin Permeation and Anti-inflammatory Effects of Hydrolyzed Products of Gardeniae Fructus Extracts, J. Kor. Pharm. Sci., 34(2), (2004). 5. J. J. Baek, Y. K. Yoo, Y. J. Park, J. Y. Cho, H. G. Jang, and B. G. Heo, Characteristics of Blue Pigment of Commom Gardenia and Dyeing the Flower of Lilium longiflorum and Gypsophila paniculata with These Pigment, Kor. J. Hort. Sci. Technol., 24(3), (2006). 6. J. Y. Lee, T. R. Hahn, and Y. S. Baek, A Study on Blue Pigment Transition Reaction of Gardenia Genipin and Amino Acids, J. Korean Agricultural Chemistry and Biotechnology, 41(5), (1998). 7. T. Endo and H. Taguchi, The Constituents of 한국염색가공학회지제 23 권제 1 호

7 치자청색소를이용한면직물의염색성연구 Ⅰ27Ⅰ Gardenia jasminoids Geniposide and Genipingentiobioside, Chem. Pharm. Bull., 21, 2684 (1973). 8. S. W. Lee, J. M. Lim, S. H. Bhoo, and T. R. Hahn, Colorimetric Determination of Amino Acids using Genipin from Gardenia jasminoides, Analytica Chimica Acta, 480, (2003). 9. Y. J. Cho, S. Y. Kim, J. Kim, E. K. Choe, S. I. Kim, and H. J. Shin, One-Step Enzymatic Synthesis of Blue Pigments from Geniposide for Fabric Dyeing, Biotechnology and Bioprocess Engineering, 11, (2006). 10. H. S. Jeong and K. H. Park, Characteristics of the Conversion Pigment from Gardenia jasminoides Yellow Pigment, Korean J. Food Sci. Technol., 30(2), (1998). 11. H. S. Jeong and K. H. Park, Conversion Patterns of Yellow Pigment from Gardenia jasminoides by Staphylococcus epidermidis and Lactodacillus plantarum, Korean J. Food Sci. Technol., 31(5), (1999). 12. H. S. Jeong and K. H. Park, Storage Stability of the Conversion Pigment from Gardenia jasminoides Yellow Pigment, Korean J. Food Sci. Technol., 31(1), (1999). 13. M. Xu, Q. Sun, J. Su, J. Wang, C. Xu, T. Zhang, and Q. Sun, Microbial Transformation of Geniposide in Gardenia jasminoides Ellis into Genipin by Penicillium nigricans, Enzyme and Microbial Technology, 42, (2008). 14. S. Y. Kim, Natural Dyeing of Silk Fabric using Gardenia Blue Dye, J. Kor. Soc. Cloth. Ind., 6(6), (2004). 15. M. K. Kim, A Study on the Dyeing Conditions and Properties of Cotton Fabric Dyed with Natural Polygoum Tinctoria, Ewha Womans University, Textile Coloration and Finishing, Vol. 23, No. 1