ISSN(Print) 1229-0033 ISSN(Online) 2234-036X http://dx.doi.org/10.5764/tcf.2015.27.3.194 Textile Coloration and Finishing Vol.27,No.3 연구논문 ( 학술 ) 어성초추출물을이용한면과견직물의항미생물성염색 김성진 김병진 김은지 정희선 장진호 금오공과대학교소재디자인공학과 Antimicrobial Dyeing of Cotton and Silk Fabrics Using Houttuynia cordata Extract Sung-Jin Kim, Byoung-Jin Kim, Eun-Ji Kim, Hee-Seon Jung and Jinho Jang Department of Materials Design Engineering, Kumoh National Institute of Technology, Gumi, Korea (Received: May 9, 2015 / Revised: June 11, 2015 / Accepted: August 7, 2015) Abstract: Cotton and silk fabrics were dyed with Houttuynia cordata extract using aqueous ethanol solution and the dyeing and post-treatment conditions were optimized to impart antimicrobial activity to the fabrics. The dried Houttuynia cordata can be extracted at 80 for 3 hours using an aqueous ethanol solution containing 70%(w/w) ethanol. For the highest color yields. Both cotton and silk fabrics can be dyed at 100 for 60min with 10g/L of NaCl under ph 4. Silk fabrics can be dyed to higher K/S than cotton fabrics. The color fastness properties of the dyed fabrics were good when either citric acid crosslinking or aluminum alum mordanting was carried out as a post treatment. The dyed silk and cotton fabrics with the post treatments showed excellent antimicrobial activity against both Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumoniae. Keywords: Houttuynia cordata, extraction, dyeability, fastness, antimicrobial activity 1. 서론 최근건강한사회와지속가능한환경을고려한섬유제품생산과사용을중요시하는라이프스타일에따라인류의건강한의생활을영위하기위한친환경염색가공기술및기능성섬유제품개발이요구되고있다. 또한인체유해성에대한의문이계속제기되는합성염료에대한대안으로서다양한인체친화적인천연염색재료개발에관심이지속되고있다. 기존쪽, 감, 홍화등전통적인염재뿐아니라, 오징어먹물 1), 옻 2), 제주송이 3), 모과열매 4), 감즙 5), 오미자 6) 등다양한신규천연재료자체나추출물을활용하여염색함으로써다양한동물 식물 광물성색소재료의항미생물성, 아토피대 Corresponding author: Jinho Jang (jh.jang@kumoh.ac.kr) c 2015 The Korean Society of Dyers and Finishers. All rights reserved. TCF 27-3/2015-9/194-201 응성, 소취성, 자외선차단성, 항산화, 항노화등기능성을천연염색과동시에섬유소재에도입하고있다. 따라서다양한천연재료를이용한친환경천연염색공정은섬유재료에특정색상을부여할뿐아니라색상이외천연재료의다양한기능성을함께부여할수있는가공공정으로서도그중요성이부각되고있다. 약용식물중하나인어성초 (Houttuynia cordata) 는약모밀이라고도하며세계적으로중국, 일본, 히말라야, 자바등에분포하고국내의경우중부및남부지방, 제주도등에자생한다. 6 7월에개화하여 10월경에수확하고, 잎과줄기에서 생선비린내가난다 하여어성초라불리며, 이뇨, 진통, 탈모방지등의다양한약리작용이있는생리활성물질을함유하여전통적인생약제로이용되어왔고최근비누, 화장품등피부보호관련제품에많이사용되고있다. 중국 본초강목 에어성초가중금속의독을해독하는작용이있음을기록되어있고, 영남체역 194
어성초추출물을이용한면과견직물의항미생물성염색 195 록 에도어성초가농소독효과가있다고한다. 중국약식물도감 에도역시어성초의해독력이언급되고있다. 어성초의관련연구동향을보면어성초의성분중하나인 quercetin 의항피부암효과 7), 발효어성초액의항염증효과 8,9), 카드뮴에의한세포독성억제효과 10), 항헤르페스바이러스작용 11,12), 등에대한많은연구들이진행되고있다. 또한아임계수어성초추출물의항산화활성및 Acetylcholinesterase 저해활성 13), 어성초뿌리에서추출한순차분획물의항균활성 14), 어성초추출물의항산화및지질과산화로인한신경세포보호 15), 면역조절및항SARS (Severe acute respiratory syndrome) 활성 16) 등에대한보고가있으나어성초추출물을이용한천연염색과이를통한항균 방취성을부여하는기능성섬유가공에대한연구는부족하다고볼수있다. 따라서본연구는건조어성초를증류수와에탄올을용매로사용하여색소성분을추출하기에적절한조건을탐구하고중성염농도, ph, 염색온도, 시간, 염료농도를조절하여견직물및면직물에적합한염색조건을찾았으며, 염색된직물의염색견뢰도를향상시키기위해매염제와시트르산가교 17) 처리하였고염색견뢰도와항미생물성 18) 을평가하였다. 2. 실험 2.1 시료및시약 실험에서사용된직물은주자직의견직물 (118g/ m) 과평직의 80수면직물 (53g/m) 을솜베에서구입하였으며, 염색용어성초 (Houttuynia cordata) 는대구 Quercetin Quercitrin Rutin Hyperoside Figure 1. Some ingredients of Houttuynia cordata extract. Textile Coloration and Finishing, Vol. 27, No. 3
196 김성진 김병진 김은지 정희선 장진호 미산농장의어성초건초를구입후분쇄하였다. p H조절용 NaOH(1 급 ) 와 HCl(1 급 ), 매염제인명반 KAl (SO4) 2 12H 2O, 중성염으로 NaCl(1급 ) 을사용하였다. 견뢰도향상을위한가교제와촉매로 citric acid (1급) 와 NaH 2PO 4 2H 2O(1급 ) 를사용하였다. 2.2 실험방법 2.2.1 어성초추출액의제조어성초건초를분쇄하고색소를추출하기위한용매로에탄올과증류수를사용하였으며용매, 시간및추출방법에따라 UV-Vis 분광광도계 (Agilent, US/8453, USA) 를이용하여최대흡수파장인 380nm 에서흡광도를구하였고, 염료농도 (5% o.w.f.), 액비 1:40, 100 에서 60분간염색한후 K/S를측정하여적합한추출조건을조사하였다. 추출한어성초추출액을고온건조하여얻은농축물을 KBr 펠렛으로만들고 FT-IR 분광분석기 (Bruker, Tensor 27, Germany) 를사용하여적외선스펙트럼을얻었다. 2.2.2 추출액의분말화및염색성평가어성초추출액을 80 이하에서수시간동안건조시켜추출액의분말을제조하였다. 적외선염색기 (Daelim, DL-6000plus, Korea) 를이용하여액비 1:40을기준으로염색하였으며염농도, ph, 온도, 시간및염료농도를변화시켜최적염색조건을구하였다. 반사율분광광도계 (Gretag Macbeth, Colorey 3100) 로염색직물의반사율을측정하여최대흡수파장 (380nm) 에서의반사율로부터 Kubelka -Munk식에따라 K/S를구하였다. 2.2.3 가교반응과염색견뢰도가교제인 citric acid에대해 sodium dihydrog -en phosphate dihydrate를 1몰비로녹인후, HCl 수용액으로 ph를 3으로조절하였다. 가교제용액에견과면직물을 10분간침지시키고 80±5% pick-up으로패딩하였다. 견직물의경우 95 에서 1분 30초간건조하고 160 에서 10분간경화하였고, 면직물은 90 에서 5분간건조하고 190 에서 2분간경화하였다. 견뢰도를확인하기위해염색및가교반응을시킨직물은 KS K ISO 105-C 06 : 2007 A1S) 조건으로 40 에서 30분간세탁한후표준회색색표를이용하여세탁견뢰도를측정하였다. 세제는 Heal`s ECE phosphate 표준세제 (B) 를사용하였다. 마찰견뢰도는크로크미터법 (KS K 0650: 2006) 을사용하였다. 또한일광견뢰도는 Fade-o-meter(KS-115) 를사용하여카본아크법 (KS K 0700 : 2008) 에준하여측정하였다. 2.2.4 항미생물성평가미처리직물과어성초추출물로염색한직물의항미생물성평가를비교하기위해 KS K 0693: 2 011법에의거정균감소율을조사하였다. 이때사용된공시균은 Staphylococcus aureus ATCC 65 38( 황색포도상구균 ) 과 Klebsiella pneumoniae A TCC 4352( 폐렴간균 ) 이고구체적인항미생물성시험은 FITI시험연구원에의뢰하여평가하였다. 3. 결과및고찰 3.1 어성초의추출과분광분석 어성초에는색소성분인 quercetin 뿐아니라 quercitrin, hyperoside, rutin 등을포함하고있다 19). 추출시수용성색소뿐아니라기능성물질을포함하기위해서에탄올을포함한수용액을추출용매로사용하였다. 분쇄한어성초건초를에탄올수용액으로추출하였고, 견직물과면직물에염색한후염색성을고려한추출조건을선택하였다. 순수한물을용매로사용한경우쿼세틴에의한흡광도가가장높았지만, 염색후 K/S값은오히려에탄올 70% 에서가장높았다. 추출온도의경우 80 까지는증가하였고, 80 에서 3시간동안용매를갈지않고추출한경우보다 1시간마다용매를갈아주는방법이더우수하였지만차이가크지않아 3시간동안용매를갈지않고추출하였다. 선택된추출조건은에탄올을 70%(w/w) 함유한수용액을용매로하여 80 에서 3시간동안추출한것이다. Figure 2는어성초추출물의 UV-Vis 스펙트럼으로물을추출액으로사용한경우 330nm부근에서강한흡수가보이고에탄올을추출액으로사용한경우 660nm 에서새로운피크가나타났다. 330nm 피크는황색계열의 quercetrin, rutin, hyperoside 등플라보노이드계색소인 quercetin 의단당또는이당배당체가상대적으로많이존재함을알수있다 20). 그리고에탄올추출물의경우상대적인용해도차이에의해 quercetin이더많이추출되었고 21), 430nm 와 662nm에서의최대흡수파장을 한국염색가공학회지제 27 권제 3 호
어성초추출물을이용한면과견직물의항미생물성염색 197 갖는 chlorophyll a 등엽록소가일부추출된것으로보인다. Figure 3은두어성초추출액의건조분말에대한 IR 스펙트럼으로 3,406cm -1 및 1,375cm -1 에서페놀성 O-H의신축및굽힘진동이보이고 1664cm -1 에서 aryl ketone의 C=O 신축진동피크가나타난것으로보아주색소구조는 quercetin 계통인것으로사료된다 22). 또한 2,927cm -1 와 2,850cm -1 에서 C-H 신축진동이나타나고 1736cm -1 에서 aldehyde성 C=O 신축진동이관찰되는데이는 quercitrin, rutin, hyperoside 등 quercetin 배당체의단당류분자구조에의한것으로추정된다. 에탄올만으로추출한경우에탄올에대한용해도가높은 quercetin 이상대적으로더많이존재하고, 전체적으로 O-H 신축및굽힘진동, C-C=O와 C-O 진동이감소한것으로보아배당체가적게추출된것으로보인다. 3.2 염색조건에따른염색성어성초추출물의염색시염농도, ph, 온도, 시간및염료농도가염색성에미치는영향을알아보기위하여염료농도 20%owf, 온도 100 에서 60분간염색을실시하였다. 어성초추출물에중성염인 NaCl을 20g/L까지첨가하여염색한경우, NaCl농도 10g/L까지는 K/S값이증가하다가이후 K/S값의변화가미미하여어성초염색에적절한 NaCl농도는 10g/L로고정하였다 (Figure 4). 어성초추출물의 ph를변화시켜견직물과면직물에대한염색성을평가하였다 (Figure 5). 견과면직물모두 ph 4에서 K/S값이가장높았다. 이것은낮은 ph에서양전하를띄다가 ph 가증가함에따라전기적으로중성화되어음이온성색소와의정전기적상호작용으로줄어들기때문으로사료된다. 상기최적중성염농도와 ph에서염색온도에따른견직물과면직물에대한염색 Figure 2. UV-Vis spectra of Houttuynia cordata extracts. Figure 4. Effect of salt concentration on K/S values of dyed fabrics. Figure 3. FT-IR spectra of Houttuynia cordata extracts. Figure 5. Effect of ph on K/S values of dyed fabrics. Textile Coloration and Finishing, Vol. 27, No. 3
198 김성진 김병진 김은지 정희선 장진호 Table 1. Effect of extract concentration on color properties of dyed cotton Extract Concentration(%) L a b C H E 0 93.88-1.02 2.60 2.80 111.36 _ 5 85.77-1.29 17.71 17.76 94.20 17.41 10 84.50-0.83 18.38 18.40 92.62 18.69 20 78.62 0.29 19.60 19.61 89.12 23.53 30 74.54 1.61 19.18 19.25 85.17 26.46 40 69.63 1.90 18.45 18.55 84.09 30.16 성변화를알아보기위해 60 에서 120 까지변화시켜염색한경우온도가높을수록 K/S값이증가하였으나 120 에서염색한경우산촉매가수분해를유발하여직물손상의우려가있어최적염색온도를 100 로판단하였다. 또한염색시간에따른염색성의경우 60분까지는 K/S가급격히증가하였으나, 90분이상에서는 K/S값증가가미미하였다. 추출액농도가염색성에미치는영향을알아보기위해염농도와 ph를각각 10g/L와 ph 4로고정하고 100 에서 60분동안염색시추출액의농도를 40%owf까지변화시켰다 (Figure 6). 두섬유모두농도가증가함에따라 K/S값이증가하였으나, 견섬유의염색성증가가면섬유에비해더욱현저하였다. 두섬유모두추출액의농도가증가할수록 L * 과 H 값 (Table 1과 Table 2) 은비례하여감소하고, a, b, C 와 E * 값은대체로증가하였다. 면섬유의경우추출액농도가 20% 이상인경우 b 와 C 값이오히려감소하였다 23). 더진하게염색된섬유의경우미염색포에비해점점적색이증가하지만황색이상대적으로더증가하였고, 20% 로염색된면과견섬유의경우각각 밝은회황색 (5Y 8.5/2) 과밝은황갈색 (10YR 6/12) 을띈다고볼수있다. 3.3 염색직물의견뢰도시험염색견뢰도평가는추출액농도 20% 로염색한염색포 (K/S( 견 ): 5.49, K/S( 면 ): 1.31) 를사용하여평가하였다 (Table 3). 후처리하지않은견과면직물의견뢰도의경우마찰및세탁 ( 오염 ) 견뢰도는모두 4-5등급 Figure 6. Effect of extract concentration on K/S values of dyed fabrics. Table 2. Effect of extract concentration on color properties of dyed silk fabrics Extract Concentration(%) L a b C H E 0 96.16-0.98 1.83 2.08 118.27 _ 5 71.38 1.91 21.96 22.04 85.01 32.06 10 66.24 2.70 22.34 22.50 83.07 36.46 20 55.53 3.70 23.46 23.75 81.01 46.27 30 50.66 4.63 24.36 24.80 79.20 51.09 40 47.57 5.20 24.13 24.68 77.80 53.82 한국염색가공학회지제 27 권제 3 호
어성초추출물을이용한면과견직물의항미생물성염색 199 Table 3. Color fastness of dyed silk and cotton fabric Laundering Rubbing Shade Stain Wool Acrylic PET Nylon Cotton Acetate Dry Wet Light Dyed 4 4-5 5 5 4-5 5 5 4-5 5 2-3 Silk Cotton Mordanted 4-5 4-5 5 5 4-5 5 5 5 5 4 Crosslinked 4-5 5 5 5 5 5 5 5 5 4-5 Dyed 3-4 5 5 4-5 5 5 5 5 5 2-3 Mordanted 4-5 5 5 5 5 5 5 5 5 4 Crosslinked 4-5 5 5 5 5 5 5 5 5 4-5 이상으로매우우수하나, 변퇴색등급의경우각각 3-4등급과 4등급으로약간낮았다. 하지만명반후매염이나가교반응후모두 4-5등급으로향상되었다. 일광견뢰도의경우후처리하지않은견과면직물의경우모두 2-3등급으로낮았지만명반매염이나가교한경우두직물모두 4등급이상으로일광견뢰도가상당히증가하였다. 어성초추출물염색시높은세탁견뢰도와일광견뢰도가요구되는경우매염과가교처리가필요할것으로판단된다. 3.4 어성초염색직물의항미생물성시험어성초추출물로염색된직물 ( 염료농도 20% owf) 의항미생물성시험결과는 Table 4에제시하였다. 면직물의경우 Staphylococcus aureus과 Klebsiella pneumoniae에대한정균감소율이모두 99.9% 의우수한항미생물성을보였으나, 염색된직물의경우 Klebsiella pneumoniae에대해상대적으로낮은정균감소율을보였다. 하지만명반매염이나가교를통해두공시균에대해 99.9% 이상의정균감소율을보였다. 따라서매염이나가교처리된어성초염색은견과면직물에항미생물성을부여할수있다. 4. 결론 건조어성초를에탄올 70% 를함유한수용액을용매로사용하고 80 에서 3시간동안추출하였다. 적외선분광분석을통해쿼세틴등플라보노이드색소가포함되었음을알수있었다. 면직물과견직물염색시 ph 4에서염농도 10g/L, 염료농도 20%owf로 100 에서 60min이어성초염색에적합한염색조건으로판단되고, 어성초추출액으로염색된직물의견뢰도는마찰및세탁 ( 오염 ) 견뢰도는우수하였고, 변퇴색및일광견뢰도가상대적으로낮았지만, 명반매염이나시트르산가교를통해견뢰도를향상시킬수있었다. 어성초추출물로염색된면직물은 99.9% 의정균감 Table 4. Antimicrobial activity of dyed silk and cotton fabrics Fabric Staphylococcus aureus Klebsiella pneumoniae Undyed 90.5 54.0 Silk Cotton Dyed 99.9 62.5 Mordant 99.9 99.9 Crosslinking 99.9 99.9 Undyed 0 0 Dyed 99.9 99.9 Mordant 99.9 99.9 Crosslinking 99.9 99.9 Textile Coloration and Finishing, Vol. 27, No. 3
200 김성진 김병진 김은지 정희선 장진호 소율을보여우수한항미생물성을발현하였으나, 견직물의경우 Klebsiella pneumoniae에대한정균감소율이낮았는데매염이나가교처리에의해보완할수있었다. 따라서어성초추출물을이용한견과면직물염색을우수한색상견뢰도와항미생물성을보유하여기능성천연염색섬유제품으로적용할수있을것으로기대된다. 감사의글 본연구는에너지기술개발사업지원에의해수행된연구결과입니다. References 1. S. J. Kim and J. Jang, Vat Dyeing of Wool and Cotton Fabrics with Sephia Melanin, Textile Coloration and Finishing, 22(2), 88(2010). 2. Y. J. Jang, Y. H. Choi, H. M. Lee, M. S. Tak, W. S. Lyoo, and J. Jang, Color Deepening and Antimicrobial Finish in the Dyeing of Cotton Fabrics Using Rhus verniciiflua Extract, Textile Coloration and Finishing, 23(1), 28(2011). 3. E. S. Im and H. S. Lee, A Study on Function of Natural Dyeing with Cotton Fabrics Using Jeju scoria, Textile Coloration and Finishing, 23(3), 176 (2011). 4. K. Y. Nam and J. S. Lee, Dyeability and Functionality of Chaenomelis Fructus Extract, J. Kor. Soc. Cloth. Ind., 14(3), 478(2012). 5. M. W. Huh, Dyeability and Functionality of Cotton Fabrics Treated with Persimmon Juice, Textile Coloration and Finishing, 23(4), 187(2011). 6. M. S. Kim, Y. J. Shin, and J. Jang, Antimicrobial Finish of Cotton and Silk Fabrics Dyed with Schizandra chinensis Fruit Extract, J. Korean Fiber Society, 50(3), 1089(2013). 7. M. J. Jung, S. Y. Bu, K. H. Tak, J. E. Park, and E. J. Kim, Anticarcinogenic Effect of Quercetin by Inhibition of Insulin-like Growth Factor(IGF)-1 Signaling in Mouse Skin Cancer, Nutrition Research and Practice, 7(6), 439(2013). 8. R. H. Kwon and B. J. Ha, Increased Flavonoid Compounds from Fermented Houttuynia cordata using Isolated Six of Bacillus from Traditionally Fermented Houttuynia cordata, Toxicological Research, 28(2), 117(2012). 9. J. Y. Lee, Y. J. Lee, and W. S. Park, Anti -inflammatory Effect of Fermented Houttuyniae Herba Water Extract on LPS-induced Mouse Macrophage, Korean J. Herbology, 25(3), 27(2010). 10. J. H. Lee, K. N. Lee, C. W. Lee, H. J. Chun, and I. S. You, The Inhibitory Effects of Quercitrin from Houttuynia cordata Against Cadmium Induced Cytotoxicity(VII), J. Korean Chem. Soc., 47(2), 176(2003). 11. Y. S. Kim, S. K. Eo, H. J. Kim, D. I. Lee, K. H. Kim, and S. S. Han, Antiherpetic Activities of Natural Quercitrin Alone and in Combinations with Nucleoside Antiherpetic Agents, J. Applied Pharmacology, 7, 158(1999). 12. X. Chen, Z. Wang, Z. Yang, J. Wang, Y. Xu, R. Tan, and E. Li, Houttuynia cordata Blocks HSV Infection through Inhibition of NF-kB Activation, Antiviral Research, 92, 341(2011). 13. E. K. Jo and S. C. Lee, Antioxidant and Acetylcholinesterase Inhibitory Activities of Subcritical Water Extracts from Houttuynia cordata Thunb, J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 40(10), 1391(2011). 14. J. H. Song, M. J. Kim, H. D. Kwon, and I. H. Park, Antimicrobial Activity of Fractional Extracts from Houttuynia cordata Root, J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., 32(7), 1053(2003). 15. H. R. Jeong, J. H. Kwack, J. H. Kim, and G. N. Choi, Antioxidant and Neuronal Cell Protective Effects of an Extract of Houttuynia cordata Thunb, Korean J. Food Preserv, 17(5), 720(2010). 16. K. M. Lau, K. M. Lee, C. M. Koon, S. F. Cheung, and C. P. Lau, Immunomodulatory and Anti-SARS Activities of Houttuynia cordata, J. Ethnopharmacology, 118, 79(2008). 17. Y. Tao, W. Bijia, L. Jian, C. Jiangang, and Y. Yiqi, Quantitative Analysis of Citric acid/sodium Hypophosphite Modified Cotton by HPLC and Conductometric Titration, Carbohydrate Polymers, 121, 92(2015). 18. M. W. Huh and J. S. Bae, Dyeability and Functionality of Synthetic Fabrics Treated with Persimmon Juice, Textile Coloration and Finishing, 26(2), 131(2014). 한국염색가공학회지제 27 권제 3 호
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