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동윤 오
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1 한국염색가공학회지 pissn , eissn X 연구논문 ( 학술 ) A Study on Dyeing of Wool Fabrics Treated with Coffee Sludge and Onion Shells Extract by Different Dyeing Method *Corresponding author Youngmi Park (ymp9397@yu.ac.kr) 심현주, 박영미 * 영남대학교의류패션학과 Hyunju Sim and Youngmi Park* Department of Clothing and Fashion, Yeungnam University, Gyeongsan, Korea Received_February 20, 2017 Revised_March 27, 2017 Accepted_June 08, 2017 Textile Coloration and Finishing TCF 29-2/2017-6/62-68 c2017 The Korean Society of Dyers and Finishers Abstract Coffee sludge and onion shells are known typically as waste resources as well as simultaneously being the raw material for dye having a golden brown color. This research studies the dyeability, functionality, and colors of woolen fabric after being dyed by different dyeing method using coffee sludge and onion shells extract. The woolen fabric was refined and pre-mordanted with tannin. The dyeing process conducted was singledye, using coffee sludge and onion shells extract, sequential multi-dye, consecutively dyeing with coffee sludge and onion shells, and mixed-dye, blending coffee sludge extract and onion shells extract to dye. The dyeing was measured on the surface color, color fastness, and UV-protection ability. As a result, the expression of various hues of tan using coffee sludge and onion shells extract were shown to be possible. Additionally, singledye, sequential multi-dye, mixed-dye had generally superiority in color fastness to light, all rating 3 and color fastness to washing, rating 3 or 4, showing relatively stable color fastness to washing. The UV protection ability was shown to be better, especially appearing satisfactory in the UV-B protection, all measured to be over 90%. Keywords natural dyeing, waste resources, onion shells extract, coffee sludge extract, washing and light fastness 1. 서론 최근사회적으로환경과건강에대한관심이증대되면서의류산업에있어서도제조과정이인류에게무해하고친환경적인지속가능한염색에대한수요가커지고있다 1,2). 그러나현재대부분의의류 침장류제품은합성염료로염색되고있는실정이다. 합성염료가색상이다양하고염색공정이편리하며견뢰도가좋은장점을가지고있기때문이다. 그러나합성염료염색은염색및조제를하는과정에서발생하는유해성분과작업공정시배출되는폐수로인한수질오염문제 3) 등을여전히해결하지못하고있다. 이에합성염료로인한폐수를줄일수있으며합성염료에는없는항알레르기성, 항균성및자외선차단등과같은기능성을갖는천연염색에대한관심이높아지고있다. 자연에서얻어온천연염료는고급스럽고부드러운느낌과합성염료에서는얻을수없는깊은색감을가지고있다. 그러나다양한색상의구현과표준화, 염재추출 보관과정제, 대량생산및지역적, 계절적제약에따른염재확보등의문제를안고있다. 이에본연구에서는버려지는자원을재활용 4,5) 하여환경적측면에서지속가능한천연염색방법을개발함과 62

2 63 더불어다양한색상을구현하기위해같은색상군내에서다색성을가지며색소추출이용이하고대량으로염재확보가가능한대표적인폐자원인커피슬러지와양파외피를염재로이용하였다. 한국맥널티에의하면커피품종중아라비카원두수입비중이 2004 년 26.8% 를차지하던것이 2014 년에는 32.7% 로높아졌다고한다. 또농림축산식품부와한국농수산식품유통공사가공개한 커피믹스 ( 조제커피 ) 에대한가공식품세분시장현황조사보고서 에따르면, 2013 년에주당소비빈도가가장많은음식은커피로 12.2 회 (1인당하루 2잔 ) 로조사되었다 6). 그러나커피는그동안기호식품과약리실험용으로만사용되어져염색재료로서는연구가부족한상태이다 7,8). 또한커피소비량증가에따른커피슬러지발생량도급증하였는데커피는음용시커피콩의 0.2% 만사용하고대부분인 98.8% 의커피부산물은일반폐기물, 음식쓰레기로매립또는소각되고있으며매립된찌꺼기는이산화탄소보다 20배높은메탄가스배출로지구온난화를일으킬위험이있다고보고되어지고있다. 우리나라에서버려지고있는커피부산물은연간 70 톤으로점점늘어나고있는추세이다. 커피슬러지에대한폐자원활용은일부커피숍이나가정에서소규모로커피부산물을방향제나비누첨가물, 재떨이용, 식기기름때제거에이용하는등 9) 버려지는양에비해극히일부만재활용되고있는실정이다. 이에본연구에서는대량으로염재확보가용이하며지속가능한천연염재로서의가능성을살펴보았다. 또다른염재로사용된양파외피는커피슬러지와마찬가지로실생활속에서많이배출되는폐자원의하나이며대표적인황색계통의천연염료중한가지이다 10). 커피와양파껍질의성분을살펴보면커피에는생리활성물질인 flavonoids, caffeic acid, ferulic acid, chlorogenic acid, nicotinic acid, trigonelline, quinolinic acid, tannic acid, pyrogallic acid 및 caffeine 등도포함된것으로밝혀져있다. 그리고양파에는 quercetin 4'-glucoside, quercetin 4',7- diglycoside, quercetin 3,7-diglycoside, quercetin aglycone, isorhamnetin monoglycoside, kaempferol monoglycoside 등의 flavonoid 류가함유되어있으며, 이중 80% 가 quercetin diglycoside, monoglycoside, quercetin aglycone 으로구성되어있는데 양파육질성분중 flavonol 함량은안쪽부분에서바깥부분으로갈수록증가하며양파껍질부분의 flavonol 의 53% 이상이 aglycone 형태인 quercetin 이라고보고되고있다 11-13). 이성분들중색상발현이가능하도록하는천연색소성분으로커피에는 chlorogenic acid, tannic acid, flavonoids 등이포함되어있고양파외피에는 flavonoid 계색소중하나인 quercetin 이함유되어있다. 또한커피슬러지와양파는천연염재중에서다색성을갖고있는염재로써염색방법과매염제및후처리과정에따라다양한색상으로발색될수있는염재이다. 이에본연구에서는유사색상군의천연염재이지만색소성분이서로다를때염색방법이다르면색상발현에차이가있는지살펴보기위하여커피슬러지와양파외피를단독염재로사용하는단독염색, 커피슬러지와양파외피를차례로염색하는순차적다중염색, 그리고커피슬러지추출액과양파외피추출액을혼합하여염색하는혼합염색을실시하였다. 그리고표면색측정, 견뢰도측정및자외선차단률을측정하여색상, 염착성및기능성향상여부를고찰하였다. 2. 실험 2.1 시료및시약실험에사용된시료는시판양모직물을사용하였으며 Table 1에실험에사용된양모직물의특성을나타내었다. 양모직물을정련하기위한시약으로수산화나트륨 (NaOH) 을사용하였다. 먼저양모직물을수세하고건조시킨후 23.3, 습도 23% 의실험실에서 1%(o.w.f) 수산화나트륨을액비 1:30으로 90 에서 20분간정련하여사용하였다. 본실험에사용된모든시약은 ( 주 ) 덕산화학으로부터공급받은 1급시약을정제없이사용하였다. 2.2 염액추출커피슬러지염액은온도 22, 습도 26% 의실험실에서증류수 1.5L에거름망으로감싼커피슬러지 300g 을넣고 90 에서 60분간교반하여추출한염액을사용하였다. 커피슬러지를추출한염액의 ph는 6 이었다. 양파외피염액은실험실온도 22, 습도 26% 에서 Textile Coloration and Finishing, Vol. 29, No. 2

3 64 심현주 박영미 Table 1. Characteristics of used fabric Fabric Weave Density(cm 2 ) Weight(g/m 2 ) Thickness( mm ) Wool Plain 양파외피 50g을증류수 1.5L 에넣고 100 에가열하여 40분동안교반하여추출하였다. 불순물없는염액을만들기위해거즈에양파외피를걸러서 1차염액추출하였다. 1차추출한후남은양파외피가담긴곳에다시증류수 1.5L 를부어 100 로 40분간가열하여염액을추출하여 1차와같이양파외피를거즈에걸러서 2차추출물을만들었다. 본실험에서는 1차추출물과 2차추출물을 1:1로혼합하여사용하였으며추출한염액의 ph는 5였다. 2.3 매염및염색염색전매염은탄닌 (tannic acid, Duksan Science, Korea) 과증류수의액비 1:40 의탄닌매염액을만든후 50 로가열한매염액에 30분간양모직물을침지시켜선매염처리하고수세및자연건조하였다. 염색방법은양파외피추출물과커피슬러지추출물을염재로각각단독염색하는방법과커피슬러지추출물과양파외피추출물을순차적으로중염하는방법, 마지막으로커피슬러지추출물과양파외피추출물을 1:1로혼합하여염색하는혼염방법을실시하였다. 중염은두가지순서로행해졌는데첫번째는커피슬러지추출물로염색한후양파외피추출물로 2차염색하였고, 두번째는양파외피추출물로먼저염색한후커피슬러지추출물로 2차염색하였다. 매염및염색방법은 Figure 1과같다. 2.4 분석 표면색측정시험포의표면색은색차계 (color reader CR-10, KONICA MINOLTA SENSING INC, Japan) 를사용하여, Hunter 식 L, a, b 값과색차 E 값을구하는방식에의해각시험포의 L, a, b 값을 4번씩측정한후평균값을사용하였으며, E는다음의식 (1) 에의해산출하였다. Scouring : 1% (o.w.f ) NaOH, liquor ratio 1 : 30, heating 20min at 90 Pre-mordant : Tannin, liquor ratio 1 : 40, heating 30min at 50 Dyeing Method 1. Coffee Sludge dyeing : Dyeing Method 2. Onion Shells dyeing : Dyeing Method 3. Onion Shells dyeing after Coffee Sludge dyeing : Dyeing Method 4. Coffee Sludge dyeing after Onion Shells dyeing : Dyeing Method 5. Coffee and Onion Shells dyeing : After treatment : Cooling and washing with distilled water, dry at room temperature Color characteristics confirmation through a panel and functionality test E={(L1-L2) 2 +(a1-a2) 2 +(b1-b2) 2 } 1/2 (1) Figure 1. Dyeing procedure and method. 한국염색가공학회지제 29 권제 2 호

65 백도 (W) 는색차계로측정한 L, a, b 값을사용하여 CIE 표색계에서 L, a, b 값을이용해다음식 (2) 에의해산출하였다. W=100-{(100-L) 2 +a 2 +b 2 } 1/2 (2) 다양한색상표현가능성을살펴보고이를색상표준화를모색하는방법의일환으로 Intercolor 14) 와 PANTONE 15) 에서제시한국제유행색컬러와매칭을시도해보았다.

4% 표준세제 (ECE reference detergent, Testfabrics Korea INC, Korea) 를사용하여 40 에서 30분간세탁한후염색성을검토하였다 (Figure 2). 2.4.3 자외선차단성측정염색된직물의자외선차단 (UV-protection) 성평가는분광광도계를사용하여 KS K 0850 에준하여 320 ~ 400nm 파장에서의 UV-A와 290 ~ 320nm 파장의 UV-B 투과율을각각측정하였으며, 주로여름철더영향을미치는 UV-B 차단기능성에대해평가하였다.

그리고지각색도지수 a*(redness- Greenness value) 와 b*(yellowness-blueness value) 는양파외피단독염색일때가장높게나타났다. 백도도지각색도지수의결과와마찬가지로양파외피단독염색일때가가장낮게나타나본연구에서시도한염색방법중가장선명한황갈색색상으로표현됨을추정할수있다.

4 65 백도 (W) 는색차계로측정한 L, a, b 값을사용하여 CIE 표색계에서 L, a, b 값을이용해다음식 (2) 에의해산출하였다. W=100-{(100-L) 2 +a 2 +b 2 } 1/2 (2) 다양한색상표현가능성을살펴보고이를색상표준화를모색하는방법의일환으로 Intercolor 14) 와 PANTONE 15) 에서제시한국제유행색컬러와매칭을시도해보았다 염착내구성측정염착성은 20±2, 65±2% R.H. 의실험실에서일광견뢰도와세탁견뢰도를통해확인하였다. 일광견뢰도는 KS K ISO 105-B02 : 2015( 크세논아크법 ) 에준해 XENON ARC LAMP, BLUE SCALE 로측정하였으며, 세탁견뢰도는 KS K ISO 105-C106 : 2014(A1S법 ) 에따라구슬수 10개와 0.4% 표준세제 (ECE reference detergent, Testfabrics Korea INC, Korea) 를사용하여 40 에서 30분간세탁한후염색성을검토하였다 (Figure 2) 자외선차단성측정염색된직물의자외선차단 (UV-protection) 성평가는분광광도계를사용하여 KS K 0850 에준하여 320 ~ 400nm 파장에서의 UV-A와 290 ~ 320nm 파장의 UV-B 투과율을각각측정하였으며, 주로여름철더영향을미치는 UV-B 차단기능성에대해평가하였다. 3. 결과및고찰 3.1 표면색 Table 2에서보면명도지수 L* 값은커피슬러지로염색한후양파외피로염색한경우가 50.3 으로가장어두운색상으로염색되었으며커피슬러지추출물로만염색한시료가 63.3, 커피슬러지추출물과양파외피추출물을혼합한염재로염색한시료가 63.0 으로밝은색을띄었다. 그리고지각색도지수 a*(redness- Greenness value) 와 b*(yellowness-blueness value) 는양파외피단독염색일때가장높게나타났다. 백도도지각색도지수의결과와마찬가지로양파외피단독염색일때가가장낮게나타나본연구에서시도한염색방법중가장선명한황갈색색상으로표현됨을추정할수있다. 천연염색으로다양한색상표현가능성과색상표준화를모색하는일환으로커피슬러지추출물과양파외피추출물을이용해서염색한시포의평균 L, a, b 값으로 Intercolor 의트렌드컬러와 PANTONE 의컬러칩에서유사한색상을찾아서분석해보았다. 커피슬러지추출물로염색한양모시포와유사한색상은 Intercolor TPX, PANTONE 색상이며양파외피추출물로염색한양모시포와유사한색상은 Intercolor TPX, PAN- TONE 이가장근접한것으로나타났다. 커피슬러지에서염색후양파외피추출물로염색한시포와유사한컬러는 Intercolor TPX, PANTONE 색상이고양파외피추출물로염색한후커피슬러지추출물로염색한양모직물과 Pre-mordanting with tannin Coffee sludge dyeing Onion shells dyeing Onion shells dyeing after coffee sludge dyeing Coffee sludge dyeing after onion shells dyeing Coffee sludge and onion shells dyeing Figure 2. Color of dyed fabrics. Textile Coloration and Finishing, Vol. 29, No. 2

5 66 심현주 박영미 Table 2. Result of dyeing color value Treatment W L* a* b* ΔE Untreatment Scouring with NaOH Pre-mordanting with tannin Coffee sludge dyeing Onion shells dyeing Onion shells dyeing after coffee sludge dyeing Coffee sludge dyeing after onion shells dyeing Coffee sludge and onion shells dyeing 유사한색상은 Intercolor TPX, PAN- TONE 색상이다. 마지막으로커피슬러지추출물과양파외피추출물의혼합물로염색한시료는 Intercolor , PANTONE 와유사했다. 3.2 염착내구성일광견뢰도와세탁견뢰도를측정하여염착성을조사한결과, Table 3의일광견뢰도측정결과를통해단독염색, 순차적다중염색, 혼합염색모두 3등급이상의대체적으로우수한결과인것을확인할수있다. 이는염재인커피슬러지와양파외피는염색방법에영향을받지않는일광견뢰도가우수한염재이며, 모직물에대한염색성이좋기때문으로판단된다. 또한세탁견뢰도측정결과에서도평균 3, 4등급이상을나타내는것을 알수있는데황토나기타의다른천연염색의세탁견뢰도가 1,2등급 16) 이었던것에비해비교적안정적인세탁견뢰도를가지는것을알수있었다. 3.3 자외선차단성능일반적으로직물류는조직에따라두껍고치밀할수록자외선차단율이우수하며, 그중청바지는대부분이 99% 이상의차단율을나타내며, 면의류제품의경우도적어도 95% 이상의차단효과가있는것이주로시판되고있다. 또한장파장의 UV-A가단파장의 UV-B 보다차단율이비교적높게나타나는데, Table 4는각시료에대한 UV-protection 측정결과를나타내었다. 선매염처리한시료의자외선차단율이 UV- A의경우 81.7%, UV-B는 85.4% 의차단효과를나타내는것을알수있다. 즉, 커피슬러지추출물과양파 Table 3. Color fastness to light and washing Color fastness Treatment Light (20hrs) Color change Washing Wool Stain Cotton Scouring with NaOH Pre-mordanting with tannin Coffee sludge dyeing Onion shells dyeing Onion shells dyeing after coffee sludge dyeing Coffee sludge dyeing after onion shells dyeing Coffee sludge and onion shells dyeing 한국염색가공학회지제 29 권제 2 호

6 67 Table 4. UV-protection ability Treatment UV-A UV-protection(%) UV-B Scouring with NaOH - - Pre-mordanting with tannin Coffee sludge dyeing Onion shells dyeing Onion shells dyeing after coffee sludge dyeing Coffee sludge dyeing after onion shells dyeing Coffee sludge and onion shells dyeing 외피추출물을단독염색한경우, 순차적으로다중염색한경우, 혼합염색한경우의순으로자외선차단효과가좋은것을알수있다. UV-B 차단율은모두 90% 이상으로양호한것으로나타났다. UV-A 차단률의경우단독염색일때는 UV-B 차단률에비해 UV-A 차단률이상대적으로낮게나타났지만다중염색과혼합염색은 UV-A 차단률이 UV-B 차단률과비슷한수치로향상되었음을알수있었다. 선매염처리한양모직물, 단독염색, 순차적다중염색그리고혼합염색순서로자외선차단율이커지는것은양모직물에흡착되는색소의양이자외선차단율과관계가있기때문인것으로추측된다. 특히 UV-A 차단률은중염순서에영향을더많이받았는데이는먼저염색한염재의색소흡착량이나중에염착된색소의흡착량보다많으며, 먼저흡착된색소의자외선차단률이순차적다중염색의자외선차단율에영향을미치는것으로예측할수있다. 혼합염색의경우는두염재의색소흡착이중첩되지않고양모섬유표면전체에고르게염착되어자외선차단률이높아졌다고사료된다. 4. 결론 본연구는버려지는자원을재활용하여환경적측면에서지속가능한천연염색방법을개발하기위해대표적인폐자원인커피슬러지와양파외피를염재로이용한천연염색의다양한색상표현가능성과기능성효과를살펴보았다. 염색방법은커피슬러지와양파외피를단독염재로사용하는단독염색방법, 커피슬러지와 양파외피를차례로염색하는순차적다중염색, 그리고커피슬러지추출액과양파외피추출액을혼합하여염색하는혼합염색을실시하여다음과같은결과를얻을수있었다. 1. 커피슬러지추출물과양파외피추출물을염재로사용하여다양한황갈색색상의표현이가능했다. 2. 일광견뢰도는단독염색, 순차적다중염색, 혼합염색모두 3등급으로대체적으로우수하게나타났다. 세탁견뢰도는 3~4등급을나타냈는데황토나기타의다른천연염색의세탁견뢰도가 1,2등급이었던것에비해비교적안정적인세탁견뢰도를보여주고있어커피슬러지와양파외피가염착성이우수한염재라고판단된다. 3. 기능성면에서자외선차단율이우수하게나타났는데특히 UV-B 차단률은모두 90% 이상으로양호하게나타났다. 이상의결과에서동일염재라도염재혼합방법, 염재적용순서등의염색조건을달리하면같은색상군내에서다양한색상구현이가능하고쉽게구할수있는폐자원인커피슬러지와양파외피가염착률이높은염재임을알수있었다. 아울러자외선차단효과도우수함을알수있었다. 그러나본연구에서는천연염색제품의색상표준화방법모색의일환으로감각판단에의존해서육안으로 Intercolor 의트렌드컬러와 PANTONE 의컬러칩에서유사한색상을찾아서분석해보았는데차후의연구에서는색차계분석등의과학적근거에준한색상표 Textile Coloration and Finishing, Vol. 29, No. 2

7 68 심현주 박영미 준화연구가지속적으로이루어져야하며기능성면에서도항균성, 소취성등에대한연구가더불어이루어져야한다고생각된다. 감사의글 이논문은 2015 년산학연협력기술개발사업 (C ) 의지원을받아수행된연구이며연구비지원에감사드립니다. References , S.Adeel,T.Gulzar,M.Azeem,F.Rehman,M.Saeed, I.Hanif,andN.Iqbal,AppraisalofMarigoldFlower BasedLuteinasNaturalColourantforTextileDyeing undertheinfluenceofgammaradiations,radiation Physics and Chemistry,130,35(2017) #csidxe8e9b0ae2751a4985aa2779cf7baa82, K.Y.Seong,S.H.Lee,S.G.Yim,H.J.Son,Y.H.Lee, D.Y.Hwang,andY.J.Jung,StudyforBiodegradability ofcellulosederivedfromstyelaclavatunics,textile Coloration and Finishing,27(2),149(2015). 5. W.B.Yun,Y.C.Lee,D.S.Kim,J.E.Kim,J.E.Sung, H.A.Lee,H.J.Son,D.Y.Hwang,andY.G.Jung,The PreparationofMask-packSheetBlendedwithStyela clavatunicsandnaturalpolymer,textile Coloration and Finishing,29(1),45(2017) S.K.Jeong,Dyeability of Silk using Coffee,Ph.D.Thesis,Pusan National University, H.S.Lee,J.W.Kang,W.H.Yang,and M.S.Jeong,A Study on Preparation of Adsorbent from Coffee Grounds and Removal of Trichloroethylene in Water Treatment, Korean J. of Environmental Health Society,24(2),20 (1998). 9. B.E.Lee,J.C.Yang,and B.A.Kim,A Study of Antioxidative and Antimicrobial Effects of Coffee Residue Extracts,J. of the Korean Oil Chemists Society,33(3), 606(2016). 10. F.Rehman,S.Adeel,M.Shahid,I.A.Bhatti,F.Nasir, N.Akhtar,and Z.Ahmad,Dyeing of γ-irradiated Cotton with Natural Flavonoid Dye Extracted from Irradiated Onion Shells(Allium cepa) Powder, Radiation Physics and Chemistry,92,71(2013). 11. E.J.Kwak,A Study on the Dyeability and Color for Dyeing from Quercetin :Focused on the Onion Shell, M.S.Thesis,Konkuk University, C.H.Wu,T.M.Shieh,K.L.Wang,T.C.Huang,and S.M.Hsia,Quercetin,a Main Flavonoid in Onion,Inhibits the PGF2α-induced Uterine Contraction in vitro and in vivo,j. of Functional Foods,19(A),495(2015). 13. K.S.Ra,H.J.Suh,S.H.Chung,and J.Y.Son,Antioxidant Activity of Solvent Extract from Onion Skin,Korean Society of Food Science and Technology,29(3), 595(1997) Y.E.Kang and S.O.Park,A Study on the Dyeing according to Kind of Loess,J. of the Korean Society of Dyers and Finishers,15(6),39(2003). 한국염색가공학회지제 29 권제 2 호

< EC3D6BCF8C8AD D33C3D6C1BEBCF6C1A4292E687770>

< EC3D6BCF8C8AD D33C3D6C1BEBCF6C1A4292E687770> ISSN(Print) 1229-0033 ISSN(Online) 2234-036X http://dx.doi.org/10.5764/tcf.2014.26.3.254 Textile Coloration and Finishing Vol.26,No.3 연구논문 ( 학술 ) 참등나무잎추출액을이용한단백질섬유의염색성 최순화 중부대학교패션디자인학과 Dyeability of Protein