ISSN(Print) 1229-0033 한국염색가공학회지제23권제3호 2011년 ISSN(Online) 2234-036X Textile Coloration and Finishing http://dx.doi.org/10.5764/tcf.2011.23.3.187 Vol. 23, No. 3, 2011 연구논문( 학술) 제주송이를이용한견직물의염색성및기능성 임은숙 이혜선 한충훈 1 제주대학교의류학과, 1 제주대학교원자력과학기술연구소 Dyeability and Functionality of Silk Fabrics Dyed with Jeju scoria Eun-Suk Im, Hye-Sun Lee and Chung-Hun Han 1 Dept. of Clothing and Textile, Jeju National University 1 Institute for Nuclear Science and Engineering, Jeju National University (Received: September 8, 2011/Revised: September 19, 2011/Accepted: September 20, 2011) Abstract This study used Jeju scoria to dye cotton fabric and measured its dyeability, colorfastness, antibacterial activity, deodorization efficiency, ultraviolet protection, and far-infrared emission. The cotton fabric was colored to yellowish red and optimal dyeing can be achieved at a temperature of 80 for a dyeing time of 120 minutes with a colorant concentration of 25%(o.w.b). The colorfastness to light, rubbing, perspiration, and washing was 8, 5, 5, and 4~5 ratings respectively, where the wash colorfastness remained after 15 wash cycles. The cotton fabric dyed with Jeju scoria demonstrated excellent antimicrobial activity to Staphylococcus aureus and high deodorization efficiency. Ultraviolet protection factor was as high as 50+. The Jeju scoria can be used as a new colorant for the natural dyeing of silk. Keywords: Jeju scoria, dyeability, anti-bacterial activity, deodorization efficiency, ultraviolet protection 1. 서 론 최근경제성장으로문화적가치의존중과건강, 환경, 고기능, 고감성에대한관심이늘고있다. 천연염색은은은한색감을낼뿐아니라인체에무해하며환경을오염시킬우려가적은것이특징으로염재의종류에따라항균성, 소취성등고기능성을갖고있어다양하고많은연구가이루어지고있다. 본연구는식물성천연염재의종류가다양한데비해그수가많지않은광물성천연염재신소재개발을목적으로오염된공기를정화시키고, 인체의혈액순환을촉진시키는효과를지니고있으며현재화장품재료와타일, 벽돌, 벽지등기능성건축산업용으로생산하여이용되고있는제주도방언으로는 송이 라칭하며제주도전지역에산재하고있는제주천연화산석송이를천연광물성염료에이용가능성을검토하고자한다. 화산석송이(Scoria) 는화산이폭발할때분출된여러물질가운데다공질의화산암, 화산모래, 기타화산회등이혼합되어일반적인화강풍토나사질토와는공학적인성질에있어서현저하게다르다 1). 제주송이는지역에따라조금씩차이가있으나입자가수cm 정도의조립질인 Scoria가주를이루며화산이폭발할때발생한고열에서소성된소성체로서흡습성이강하고다공성이다. 색상은암회색, 흑색, 적갈색, 황갈색이며물리화학적성질은 ph는 7.10~7.30, 표면적은 2 32~99 m /g, 양이온치환용량(CEC) 은 3.80~6.12 cmol/kg 이다. 화학적조성은 SiO 2, Al 2 O 2, Fe 2 O 3 이 75% 를차지하며기공이많고가벼우며, 유기불순물의함량이비교적적어안정된화학구성을갖고있다 2,3). 본연구에서는제주송이를천연염색에이용가능성을검토하기위하여염색성과염색견뢰도를평가하였으며항균성, 소취성, 자외선차단성 Corresponding author. Tel.: +82-64-754-3530; Fax.: +82-64-725-2591; e-mail: qu1113@daum.net c2011 The Korean Society of Dyers and Finishers 1229-0033/2011-9/187-194 Ⅰ187Ⅰ
Ⅰ188Ⅰ 임은숙 이혜선 한충훈 및원적외선방사성을측정하여염색의최적조건에관한기초자료와염색포의기능성을평가하여친환경광물성천연염료개발및고부가가치를창출할수있는의류소재및다양한상품소재를위한실용가치를분석하였다. 2.1 2.1.1 실험재료 시료 2. 실 험 본실험에서사용된시료는시판견직물을정련한후수세 건조하여사용하였으며, 시료의특성은 Table 1 과같다. Table 1. Characteristics of silk fabric Fabric Weave Density (thread/inch) Warp Weft Weight (g/m 2 ) Thickness (mm) Silk Plain 87 74 64±2 0.28 2.1.2 염재 본실험에서사용된염료는제주송이분말을 ( 주) 송이산업에서구입하여사용하였다. 2.2 2.2.1 실험방법 입도분석 레이저입도분석기 (LS-13-320, Beckman Coulter, U.S.A) 를사용하여제주송이분말의입도를분석하였다. 2.2.2 염색 적외선고압염색기 (DL-6000, Daelim Starlet Co. Ltd., Korea) 를이용하여액비 1:20, 염액의농도는 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%(o.w.b), 염색온도는 40, 60, 80, 100, 염색시간은 30 분, 60 분, 90 분, 120 분까지조절하여염색하였다. 2.2.3 염착량및표면색측정 각염색조건에따른염색성을알아보기위해색차계(CM-2500D, Minolta, Japan) 를사용하여 400nm에서염색포의표면반사율을측정한후 Kulbelka-Munk식에의해 K/S값을구하여염착량을평가하였으며표면색은 Hunter식 L *, a *, b * 값을측정하고색차( E) 를산출하였다. 2.2.4 직물의표면관찰염색포의표면흡착상태와표면흡착입도를확인하기위해주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope; S-3000N, Hitach, Japan) 을사용하여 10kV의가속전압에서 4,000배까지확대하여관찰하였다. 2.2.5 염색견뢰도측정 일광견뢰도는 KS K 0700에따라 Fade-Ometer (HS-213, Korea) 를사용하여크세논아크광으로 320 시간이상광조사하여측정하였으며, 땀견뢰도는 KS K 0715 에따라Perspiration Tester (DL-2 012, Daerim Eng., Korea) 를사용하여산성땀액과알칼리성땀액으로나누어 4.54kg 하중에서 38±1 의건조기에서 6시간방치후측정하였다. 세탁견뢰도는 KS K 0430 A-1법에따라 Launder -O-meter(Yasuda Seiki Seisakusho, Japan) 에서 40±2 에서 30 분세탁후평가하였으며, 마찰견뢰도는 KS K 0650에따라 Crockmeter (Yasuda Seiki Seisakusho, Japan) 를이용하여건조와습윤시의마찰견뢰도를측정하여변 퇴색용 Gray scale(jis L 0804) 로등급을판정하였다. 2.2.6 기능성평가 항균성 : ASTM E2149-2001법에따라황색포도상구균 (Staphylococcus aureus ATCC 6538) 을접종하여 24시간후에균감소율을구하여항균성을측정하였다. 소취성 : JTETC 일본섬유평가기술협의회시험법을사용하여 5L의테트라백에 10 10cm의시료를넣고, 초기농도를 100ppm으로조정한암모니아가스 3L 를주입한후, 120분후의암모니아가스의농도를검지관으로측정하였다. 자외선차단성 : KS K 0805-2009법에따라 UV/Vis NIR Spectrometer(Perkin Elmer, Lambda 950, U.S.A) 를사용하여 280~400nm에서의자외선투과율을측정하고 UPF(ultraviolet protection factor) 를구하였다. 원적외선방사성 : KCL-FIR-1005:2011법에따라 FT-IR(with wide range MCT detector, Nicolet, U.S.A) 을이용하여 40, 5~20μm범위에서의원적외선방사율과방사강도를측정하였다. 한국염색가공학회지제 23권제 3호
제주송이를이용한견직물의염색성및기능성 Ⅰ189Ⅰ 3.1 입도분석 3. 결과및고찰 제주송이분말의입도를레이저입도분석기를사용하여분석한결과 2000μm이하의입도를가지고있고입도분포는 4 μm, 40 μm, 220 μm, 600 μm, 800 μm, 1500μm로증가하는것을알수있었고염색포의표면에흡착된제주송이분말의입도는주사전자현미경을사용하여 0.56μm ~1.30 μm임을확인하였다. 액농도 1%(o.w.b) 에서 25%(o.w.b) 로증가함에따라 K/S 값이증가하였다. 제주송이(Scoria) 염색성은염액농도증가에비례하는것을알수있었으며염액농도 25%(o.w.b) 에서가장높은염색성을나타내었다 9). Table 2는 Fig. 3와같은조건으로염색하여얻은견직물의표면색을 Hunter식 L *, a *, b * 값과색차( E) 를측정한결과를나타낸것이다. 3.2 염색성 Fig. 1는염액의농도를 1%, 5%, 10%, 15% (o.w.b) 로하고액비는 1:20으로하여염색온 도를 40, 60, 80, 100 로변화시켜 60분 간염색하여얻은제주송이염색직물의염 착량을측정한결과를나타낸것이다. 제주송이로견직물에염색한표면색은황 적색(yellowish red) 으로나타났으며, 그림에서 볼수있는바와같이 80 까지는염색온도가 상승함에따라 K/S값이증가하였으나 100 에 서는다시 K/S 값이감소하였다. 이는 80 까지 는온도가올라감에따라견직물이팽윤하여 섬유와섬유사이에제주송이입자가물리적 흡착이증가하여염색성이향상되었고, 100 에서는입자들의분자운동성이더욱활발해지 면서 견직물 표면에 물리적으로 흡착되었던 입자들이물속으로다시분산ㆍ탈락되면서염 착량이감소된것으로분석된다 4-8). 따라서제 주송이를이용한견직물의적정염색온도는 80 임을알수있었으며이후의실험에서는 염색온도를 80 로고정하였다. Fig. 2은염액의농도를 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%(o.w.b) 로하여액비는 1:20으로하고 염색온도는 80 에서염색시간을각각 30 분, 60 분, 90 분, 120분으로변화시켜염색한면직 물의염착량을측정한결과를나타낸것이다. 그림에서볼수있는바와같이 90분까지는 K/S 값이서서히증가하였으나, 그이후 120분 에서는 K/S 값이감소하였다. 이는 120분부터는견직물의표면에약하게 흡착되었던송이입자가염색시간이길어지면서 탈락되어 K/S값이감소한것으로분석된다. 염액농도변화에따른염색성을살펴보면염 Fig. 1. K/S values of silk fabrics according to the dyeing temperature and concentration of Jeju scoria (dyeing time : 60 min). Fig. 2. K/S values of silk fabrics according to the dyeing time and concentration of Jeju scoria (dyeing temp. : 80 ). Textile Coloration and Finishing, Vol. 23, No. 3
Ⅰ190Ⅰ 임은숙 이혜선 한충훈 Table 2. Color values of silk fabrics dyed with Jeju scoria at 80 Time (min) Concentration (% o.w.b) L* a* b* E Control - 94.22 0.20 4.12 0.00 30 60 90 120 1 85.13 4.18 12.96 13.99 5 83.17 4.83 14.25 16.10 10 82.98 5.12 16.58 17.60 15 81.22 5.43 15.06 17.89 20 81.27 5.81 15.74 18.40 25 78.97 6.28 16.65 20.77 1 84.29 4.12 14.12 14.18 5 82.76 4.99 15.16 16.45 10 82.16 5.62 17.70 19.07 15 80.19 5.92 16.04 19.40 20 79.52 6.14 16.33 20.45 25 79.18 6.45 16.03 20.97 1 84.07 4.57 15.25 15.80 5 82.68 5.41 16.55 17.86 10 81.86 5.59 17.73 19.27 15 79.87 5.95 15.99 19.86 20 79.08 6.75 17.36 20.72 25 78.51 6.76 17.42 21.24 1 85.59 3.59 12.39 12.53 5 84.62 4.26 15.02 15.19 10 82.55 4.92 14.71 16.56 15 81.40 5.69 15.12 18.27 20 80.87 5.95 15.84 18.42 25 78.79 6.15 16.44 20.74 E는시료직물과염색한직물의색의차이를나타낸값으로색차가클수록인지되는염착량이높게나타난다. 염액농도가 1%(o.w.b) 인경우에는 E가 13.99~15.80 범위로염색되었으며, 염액의농도가짙어짐에따라점차증가하여염액농도가 25%(o.w.b) 인경우에는 20.7 7~21.24로증가함을알수있다. L * 값은높을수록밝은색상을의미한다. L * 값은염액의농도가같은경우에는염색시간이길어짐에따라 90분까지는점차감소하였으나 120 분부터는다시증가하였다. 염색시간이같은경우에는염액의농도가짙어짐에따라점차감소하여색상이어두워졌음을알수있었다. a * 값은클수록적색기가,b * 값이클수록황색 기가많음을의미한다. 염액농도가짙어짐에따라 a * 값과 b * 값모두증가하였으며 b * 값이좀더증가하여제주송이로염색한면직물의전체적인표면색은염색시간과염색농도의증가에따라점차황적색(yellowish red) 으로염색되었다. 3.3 표면관찰 Fig. 3는액비1:20, 염액농도25%(o.w.b), 80, 90분간 5회반복염색한제주송이견직물을염색전의견직물과염색후의견직물표면의염착상태를고찰하기위하여주사전자현미경을사용하여각각 1,000 배, 3,000 배, 4,000배로확대한사진이다. 사진을보면식물성염재로침염한경우와는달리제주송이 (Scoria) 의미세한입자가 한국염색가공학회지제 23권제 3호
제주송이를이용한견직물의염색성및기능성 Ⅰ191Ⅰ (a) raw silk fabric ( 1000) (b) dyed silk fabric ( 1000) (c) dyed silk fabric ( 3000) (d) dyed silk fabric ( 4000) Fig. 3. SEM photographs of silk fabrics dyed with Jeju scoria. Table 3. Colorfastness of silk fabrics dyed with Jeju scoria Perspiration Rubbing Acidic Alkaline Dry Wet Fade Stain Fade Stain Fade Stain Fade Stain 5 5 5 5 4-5 5 4-5 5 Washing Washing Cycles Light 1 2 3 4 Fade Stain Fade Stain Fade Stain Fade Stain 8 5 5 5 5 4-5 5 4 5 견직물의섬유내부로침투하지못하고직물의표면과섬유와섬유사이공간에흡착된것을알수있으며, 흡착된제주송이분말의입도는 0.56μm~1.30 μm임을알수있다. 3.4 염색견뢰도 Table 3은액비 1:20, 염액농도 25%(o.w.b), 80,120분간5회반복염색한견직물의염색 견뢰도를측정한결과이다. 일반적으로천연염색의일광견뢰도가 1~2급으로좋지않은데비하여제주송이로염색한견직물의일광견뢰도는 320시간이상조광하여도변색되지않아 8급으로매우우수하게나타났다. 세탁견뢰도는 1회~ 4회세탁후변 퇴색은 5급에서 4 급, 오염정도는모두 5급으로우수한결과를보였으며땀견뢰도는산성땀액과알칼 Textile Coloration and Finishing, Vol. 23, No. 3
Ⅰ192Ⅰ 임은숙 이혜선 한충훈 리성땀액에서변 퇴색과오염모두 5급으로나타나매우우수한결과를보였다. 마찰견뢰도는건조시와습윤시모두변 퇴색과오염이 4-5 급과 5 급으로나타나우수한결과를보였다. 3.5 기능성 제주송이로염색한견직물의기능성을측정하기위해액비 1:20, 염액농도 25%(o.w.b), 80, 90 분염색한견직물의항균성, 소취성, 자외선차단성, 원적외선방사성을측정하였다. Fig. 4은제주송이로염색한견직물에황색포도상구균 (Staphylococcus aureus ATCC 6538) 을접종한후 24시간배양후항균성을측정한결과로서염색하지않은견직물의항균성은 1% 미만인데비하여제주송이염색한견직물은 99.9% 의매우우수한항균효과를나타냄을알수있다. Fig. 5은제주송이로염색한견직물의소취성을측정하여얻은결과를나타낸것이다. 염색하지않은견직물의소취성이 25% 인데비하여제주송이염색견직물은 76.6% 로제주송이염색견직물의소취성이증가하였다. 이는다공성인미세한송이입자표면의기공에흡착되어소취성이증가한것으로분석된다. Fig. 6은제주송이로염색한견직물의자외선차단지수를나타낸것이다. 자외선차단지수인 UPF(ultraviolet protection factor) 는태양광과유사한스펙트럼을갖는규정된인공광을인체피부에조사하고피부에자외선차단제품을사용하였을때최소홍반양을차단제품을사용하지않았을때최소홍반양으로나눈값이다. 견직물의 UPF는염색하지않은견직물은 3+ 로자외선차단성을갖고있지않지만제주송이염색견직물의자외선차단성은 35+(very good) 로측정되었다. 그러므로제주송이는자외선차단효과가매우좋은친환경광물성천연소재임을알수있다. 원적외선은전자파의일종으로적외선의범주에속하며적외선은가시광선의적색영역보다도파장의길고열효과가큰전자파의일종이다. 가시광선보다강한열작용을하여방사에너지가직접적이고순간적인열전달로인하여인체내의물분자를활성화시켜활성에너지로변화시키는원적외선은의료분야에서혈액순환촉진, 신진대사촉진, 세포기능활성화, 생육촉진작용및숙성효과등으로인해열원으로널 리이용되고있다 10). 방사강도는최대방사능력을갖은흑체( 인체에유사한온도대인 40 에서측정범위 5~20 μm, 방사율 100%, 방사강도 400W/ m2ㆍμm) 를기준으로 FT-IR을사용하여방사율과방사강도를측정한결과를 Figs. 7-8 에나타내었다. Fig. 4. Bacteria reduction ratio of silk fabrics dyed with Jeju scoria. Fig. 5. Deodorization ratio of silk fabrics dyed with Jeju scoria. Fig. 6. UPF values of silk fabrics dyed with Jeju scoria. 한국염색가공학회지제 23권제 3호
제주송이를이용한견직물의염색성및기능성 Ⅰ193Ⅰ Fig. 7에서보면방사율은 5~20μm사이에서측정한것으로염색하지않은견직물은 88% 를나타내었고, 제주송이로염색한견직물은 89% 로측정되었다. Fig. 8에서는원적외선방사강도는 40 에서측정범위를 5~20μm로하여측정한결과염색하지않은견직물의방사강도 361W/ m2ㆍμm로나타났고, 제주송이로염색한견직물은 362W /m 2 ㆍμm로방사에너지가측정되었다. 1. 제주송이를이용하여견직물에염색한결과염색에대한견직물의색상은황적색 (yellowish red) 으로염색되었으며, 염색의최적조건은염색온도 80, 염색시간 90 분, 염색농도 25% (o.w.b) 로나타났다. 2. 염색견뢰도는일광견뢰도 8 급, 마찰견뢰도 4-5 급, 땀견뢰도 5 급, 세탁견뢰도는 4급으로우수한결과가나타났다. 3. 항균성은 99.9% 로매우우수한항균성을나타내었고소취성은 76.6% 로우수한소취효과를나타내었다. 자외선차단지수 UPF(ultraviolet protection factor) 는 35+ 로매우좋은자외선차단성을나타내었으며원적외선방사성은 89%, 최대방사강도는 362(W/ m2 μm ) 로측정되었다. 이상의결과로보아제주화산석송이는염색견뢰도에서특히일광견뢰도가매우우수하고항균성, 소취성, 자외선차단성, 원적외선방사성과같은기능성이우수한천연염료재료로서의복소재및다양한상품제작에활용할수있을것으로기대된다. Fig. 7. Far-infrared emission ratio of silk fabrics dyed with Jeju scoria (5~20 μm). Fig. 8. Far-infrared emission power of silk fabrics dyed with Jeju scoria (5~20 μm). 4. 결 론 광물성천연염재의신소재개발을위해제주도전지역에산재해있는제주화산석송이를견직물에염색하여염색성과염색견뢰도를알아보았으며, 항균성, 소취성, 원적외선방사성, 자외선차단성을측정하여다음과같은결론을얻었다. 참고문헌 1. S. K. Kam, J. Y. Hong, S. S. Hyun, B. J. Ahn and M. G. Lee, Removal of Copper Ion by Na-P1 Synthesized from Jeju Scoria, J. Environmental Sci., 11(1), 75-83(2002). 2. S. H. Lee, D. W. Lee and M. G. Lee, Removal Characteristics of Benzene in the Biofilter Packed with Scoria, Hwahak Konghak, 41(6), 781-787(2003). 3. S. K. Kam, S. S. Hyun, and M. G. Lee, Adsorption Characteristics of Copper and Lead Ion by Jeju Scoria, J. Kor. Soc. Environmental Engineers, 24(1), 57-69(2002). 4. S. H. Kim and Y. S. Shin, The Effect of Chitosan Treatment on Cotton Knits Dyed with Bamboo Charcoal, Textile Science and Engineering, 46(2), 83-89(2009). 5. M. S. Kwon, D. W. Jeon and J. J. Kim, The Effect of Chitosan Treatment of Fabrics on the Natural Dyeing using Loess, J. Kor. Soc. Cloth. Ind., 7(3), 327-332(2005). 6. K. H. Bae, J. S. Kwon and S. H. Lee, Bicomponent Finishing of Cotton Fabrics(I)- Textile Coloration and Finishing, Vol. 23, No. 3
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