재배 고사리 부산물을 활용한 면직물의 염색

Abstract

본 연구는 재배된 고사리의 폐기되는 부산물을 활용하여 면직물에 염색하고 염색성과 견뢰도 및 기능성을 확인하였다. 면직물에 대한 고사리 추출염료의 적정 염색 조건을 제시하고 재배고사리에 함유된 색소의 성분 분석을 통하여 타닌계 염료임을 확인하였다. 고사리 추출액을 동결건조기를 사용하여 분말화하고, 농도, 시간, 온도, pH, 염색회수 등으로 염색하여 그 결과를 확인하였다. 그리고 Al, Cu, Fe를 매염제로 사용하여 후처리하고 표면색의 변화를 확인하였다. 염색된 면직물로 세탁, 마찰, 일광, 땀 견뢰도 시험을 하고 소취성과 자외선 차단율을 검토하였다. 고사리 추출염료의 면직물에 대한 염색성을 살펴본 결과 적정 염색조건은 염액농도 500%(o.w.f)이고, 염색시간 60분, 염색온도 100℃, 염욕의 pH는 5.2로 나타났다. 매염제 종류에 따른 K/S값은 Fe에서 가장 높게 나타났고, Al, Cu 순으로 K/S값이 높아졌다. 매염제에 따른 표면색의 변화는 무매염포가 YR계열의 색을 보이고 Al, Cu, Fe가 Y계열 색으로 나타났다. 염색회수에 따른 염착량은 5회 반복염색에서 높게 나타났다. 고사리 추출염료의 자외 ‧ 가시부 흡수스펙트럼 측정과 TLC 분석 및 FT-IR 분석한 결과를 바탕으로 고사리의 추출염료의 색소성분은 피로가롤 타닌(pyrogallol tannin)과 카테콜 타닌(catechol tannin)의 혼합성분임을 알 수 있다. 염색 견뢰도에서 세탁견뢰도는 알칼리 세제에서 3-4급으로 나타났으며 중성세제를 사용하였을 때 4-5급으로 향상되었다. 마찰견뢰도에서는 건식과 습식 모두 5급으로 우수하였다. 땀 견뢰도에서 산성 땀에서 4-5급으로 알칼리 땀에서 2-3급으로 나타나 고사리 추출염료는 산성에서 안정적임을 알 수 있다. 일광견뢰도는 2급으로 나타났다. 소취성 시험결과는 암모니아 가스(NH3)에서는 백면포가 28.6% 감소율을 나타내고 고사리 염색포가 88.8% 감소율을 나타내고 초산가스(CH3COOH)에서는 백면포가 34.1%이고 고사리 염색포가 78.0%로 우수한 소취성을 보였다. 자외선 차단율 시험결과는 UV-A에서 94.2%, UV-B에서 96.8%로 우수한 결과를 보였다. 또한 자외선 차단지수(UPF)는 27로 고사리 염색직물의 자외선 차단율이 우수함을 확인하였다. 재배 고사리에서 추출한 색소성분과 염색의 적정 조건을 검토하고 염색견뢰도, 매염효과, 기능성 시험을 통하여 고사리 추출염료로 천연염색한 제품을 개발하기 위한 기초자료를 제시하였다. 더불어 수확시기 이후 폐기되는 재배 고사리의 활용으로 농가의 소득 증대에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

This study examined the dyeability, fastness and functionality by dyeing cotton fabric dyed with of cultivated Pteridium aquilinum. In this study, appropriate dyeing condition of dye extracted from Pteridium aquilinum on the cotton fabric is presented and it is confirmed to be a tannin through component analysis of colorants. Extract from Pteridium aquilinum was made into powder using a freeze dryer. Experimental variables were dye concentration, dyeing time, dyeing temperature, dye bath pH, and number of repeated dyeing. The change of surface color was examined after post-processing by using mordants of Al, Cu and Fe. Dyed cotton fabrics were tested with fastness to washing, rubbing, light, perspiration, and the deodorization and UV protection rate were investigated. Appropriate dyeing condition was dye concentration of 500 %(o.w.f), dyeing time of 60 minutes, dyeing temperature of 100℃ and dye bath pH of 5.2. In terms of K/S values depending on kinds of mordants, Fe showed the highest value. In terms of change of surface color depending on kinds of mordants, fabrics dyed without mordant showed YR-series color and Al, Cu and Fe showed Y-series color. In terms of dye uptake depending on the number of repeated dyeing, it was highest in 5 times repeated dyeing. Based on absorption spectrum analysis of UV-Vis spectrum, TLC and FT-IR analysis, we can find out that colorants composition of Pteridium aquilinum is a mixture of pyrogallol tannin and catechol tannin. Color fastness to washing had grade of 3-4 in the alkaline detergent and it was improved to grade of 4-5 in the neutral detergent. In fastness to rubbing, both dry and wet had grade of 5, which was excellent. In fastness to perspiration, acid sweat had grade of 4-5 and alkaline sweat had grade of 2-3. In fastness to light, it had grade of 2. Results of deodorization test showed that white cotton fabrics had reduction rate of 28.6 % and dyed fabrics of Pteridium aquilinum had reduction rate of 88.8 % in the ammonia(NH3) gas. It was shown that white cotton cloth had reduction rate of 34.1 % and dyed fabrics of Pteridium aquilinum had reduction rate of 78.0 % in the acetic acid(CH3COOH) gas. Results of UV protection rate showed 94.2% of UV-A and 96.8% of UV-B, which were excellent results. UV protection factor(UPF) was 27. It was confirmed that UV protection rate of dyed fabric of Pteridium aquilinum was very good. This study presented the basic materials to develop natural dyed products with dye extracted from Pteridium aquilinum through reviews of compositions of colorants extracted from cultivated Pteridium aquilinum, investigation of appropriate condition of dyeing and tests of dye fastness, mordant effect and functionality. It is expected to contribute to increase of income of farm family utilizing cultivated Pteridium aquilinum to be disposed after harvest time.