포도당 환원으로 천연 쪽 염색한 면직물과 아마직물의 염색 특성과 염색 견뢰도

1. 염색용 직물

본 실험에 사용된 염색용 직물로는 시판되는 면직물, 아마직물, 면 혼방직물, 아마혼방직물 등 4종이었다. 이 직물들은 친수성 섬유로 침구용 소재로 적합하고, 쪽으로 염색하면 푸른색을 표현할 수 있으므로 더운 여름철에 시원한 감성을 부가할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서 사용한 염색용 직물의 특성은 <표 1>과 같다.

<표 1>

염색용 직물의 특성

2. 쪽 염료 및 시약

쪽 염료는 시판되고 있는 건조 상태의 쪽 분말(인도산)을 아트앤크래프트에서 구입하였다. 환원제로는 포도당(C₆H₁₂O₆)을 사용하였고, 환원액의 pH를 조절하기 위한 알칼리로는 수산화나트륨(NaOH)을 사용하였다.

3. 환원조건

쪽의 색소 성분은 물에 불용성이므로 염액으로 만들기 위해서는 환원과정이 필수적이다. 쪽 염료의 환원시 염액의 농도는 증류수 1L에 쪽 분말 5g을 용해하였다. 환원제로는 포도당을 사용하였으며, 농도는 5g/1L이었다. 환원액의 pH를 7(중성)과 11(알칼리성)로 다르게 하였다. 그러나 환원온도(60℃)와 환원시간(30분)은 동일하게 설정하였다.

4. 염색조건

포도당을 사용하여 환원된 쪽 염액을 pH(중성과 알칼리성)와 염색온도(21℃, 50℃) 등의 조합 조건을 다르게 한 4가지 조건으로 염색을 실시하였다. 염색용 직물을 일정 크기로 준비하여 쪽 염액에 침지하여 5분간 염색하였다. 염색시 액비는 1:50으로 하였다. 염색된 직물은 공기 중에서 산화·발색시켰으며, 염색된 시료에서 청색 물이 나오지 않을 때까지 여러 차례 반복하여 수세 후, 실내에서 자연 건조하였다.

5. 염색특성 평가

6. 염색 견뢰도

염색 견뢰도는 세탁 견뢰도(KS K ISO 105-C06, A1S: 2010), 일광 견뢰도(KS K ISO 105-B02: 2010), 드라이클리닝 견뢰도(KS K ISO 105-D01: 2010), 마찰 견뢰도(KS K 0650: 2011), 땀 견뢰도(KS K ISO 105-E04: 2010)에 준하여 측정하였다.

7. 자료분석

쪽 염료의 환원과 염색조건(pH, 온도)에 따른 직물의 염색 특성을 측정한 자료는 SPSS 통계프로그램(ver. 25)을 사용하여 분석하였으며, 섬유종류와 염색조건별 염색특성의 차이를 알아보기 위하여 F-test를 실시하였으며, 사후분석으로는 Scheffe 다중비교방법을 사용하였다.

1. 섬유종류에 따른 염색특성 차이

포도당을 사용하여 환원한 쪽으로 염색된 직물의 색채특성(CIELAB)과 염착량(K/S값) 등의 염색특성은 섬유종류에 따라 어떠한 차이가 있는지를 알아보기 위해서 F-test를 실시하여 분석한 결과를 <표 2>에 나타내었다. 여기서 보는 바와 같이 쪽 염색된 직물의 섬유종류에 따른 염색특성은 모든 특성에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p<.05∼p<.001).

<표 2>

포도당 환원으로 쪽 염색한 직물의 염색특성

먼저 포도당으로 환원하여 쪽 염색한 직물의 CIELAB 색채특성을 살펴보면 다음과 같다. 명도 지수인 L^*값의 평균은 41.72에서 53.37사이의 값을 나타내어 중명도를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 아마혼방직물에서 L^*값은 53.37로 가장 높게 나타났으며, 그 다음으로는 면혼방직물(44.72), 면직물(43.51), 아마직물(41.72)의 순으로 나타났다. 따라서 포도당으로 환원하여 쪽 염색된 직물의 명도만을 상대적으로 비교해 보면, 4종 직물 중에서 아마혼방직물의 색상이 가장 밝은 것을 알 수 있었다. 다음으로 빨강과 녹색의 색상 지수인 a^*값을 살펴보면, 평균 0.13에서 0.86까지의 범위로 나타나서 극히 미미한 정도의 빨강 기미를 띠고 있음을 알 수 있었는데, 직물에 따라 유의한 차이를 보였다. 아마직물(0.86), 면직물(0.79) 및 면혼방직물(0.74)의 a^*값이 아마혼방직물(0.15)보다 유의하게 높게 나타났다. 또한 노랑과 파랑의 색상 지수인 b^*값의 평균은 –10.07에서부터 –10.93로 나타나서 모든 직물에서 음의 값을 보였는데, 특히 면혼방직물에서 –10.93으로 나타나 파랑 기미를 가장 많이 포함하고 있음을 알 수 있었다. 한편, 채도를 나타내는 지수인 C^*값은 평균 10.11에서부터 10.96까지의 범위이어서 저채도를 나타내었는데, 면혼방직물에서 10.96으로 가장 높게 나타났고, 다음으로 아마혼방직물(10.64), 면직물(10.46), 아마직물(10.11)의 순으로 나타났다.

다음으로 포도당으로 환원하여 쪽 염색한 직물의 염착량(K/S값)을 살펴보면, 섬유종류에 따른 유의한 차이를 보였다(p<.001). 아마직물(3.84), 면직물(3.59) 및 면혼방직물(3.32)의 염착량은 아마혼방직물(1.92)의 염착량에 비해 높게 나타났다. 그러나 아마직물, 면직물 및 면혼방직물의 염착량은 유의한 차이를 나타내지는 않았다. 이는 리오셀이 혼방된 아마혼방직물의 경우, 리오셀은 면이나 비스코스 레이온 등의 섬유소 섬유와는 달리 분자 결정들이 길고 가는 형태로 섬유 축 방향을 따라 배열되어 있고 배향도가 높기(유혜자, 이혜자, 2008) 때문이 아닌가 생각된다. 그러나 하이드로설파이트로 환원한 쪽 염색 연구(배정숙, 2009)에서 면직물이 아마직물보다 염착량이 높았다고 보고한 결과와는 다소 차이를 보이고 있어, 반복염색 등 다양한 염색조건에서의 추가적인 연구가 필요하다고 생각된다.

이상을 종합해 보면, 쪽으로 염색된 4종 직물 중에서 면직물의 L^*값은 낮았지만, 음의 b^*값, C^*값은 중간이었고, a^*값은 크게 나타났으며, 아마직물은 L^*값과 음의 b^*값 및 C^*값은 낮은 편이었으나, a^*값은 크게 나타났으며, 면혼방직물은 L^*값은 낮으나, a^*값, 음의 b^*값 및 C^*값은 가장 크게 나타났으나, 아마혼방직물은 L^*값이 가장 크고 음의 b^*값과 C^*값은 중간이었으나, a^*값은 가장 낮은 것을 알 수 있었다. 따라서 아마혼방직물인 경우 포도당으로 환원하여 쪽 염색시 L^*값이 커서 가장 밝은 색상을 나타내었으나 염착량은 가장 적은 반면, 아마직물, 면직물, 면혼방직물의 염착량은 유사하였으나 면혼방직물의 경우, 음의 b^*값이 커서 파랑 기미가 좀 더 많은 것을 알 수 있었다.

2. 염색조건에 따른 염색특성 차이

앞에서 고찰한 것과 같이 포도당을 사용하여 환원한 쪽으로 염색한 직물의 염색특성은 섬유종류에 따라 대부분 유의한 차이를 보였다. 따라서 쪽 염액의 pH와 염색온도 등 염색조건에 따른 색채특성과 염착량 등의 염색특성을 섬유종류별로 분석하였다. <표 3>에 섬유종류별 염색조건에 따른 차이를 알아보기 위하여 F-test를 실시하여 분석한 결과를 나타내었다. 여기서 보는 바와 같이 쪽 염색된 직물의 염색특성은 염색조건에 따라 대부분 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p<.05).

<표 3>

포도당 환원으로 쪽 염색한 직물의 염색조건에 따른 염색특성

면직물의 경우, L^*값과 K/S값은 염색조건에 따라 유의한 차이를 보였으나, a^*값과 b^*값 및 C^*값은 유의한 차이를 보이지 않았다. 21℃의 쪽 염액에서 염색한 경우에는 L^*값이 44.68(pH 7)과 44.59(pH 11)로 나타나서 염색온도가 50℃에서의 L^*값인 41.54(pH 7), 43.22(pH 11) 보다 약간 높은 것으로 나타났다. 이러한 색채특성을 KS 색 체계의 색조와 연결하여 살펴보면, 면직물은 grayish 색조의 남색계열(0.64 PB∼1.87 PB)의 색상을 나타내었다. 한편, K/S값은 쪽 염액이 중성(pH 7)이고 50℃의 염색조건에서 4.01로 가장 높게 나타났으며, 그 다음으로는 알칼리성(pH 11)인 50℃ 염색조건(3.51), 21℃의 염색조건(3.40)의 순으로 나타났다. 따라서 면직물을 포도당으로 환원하여 쪽으로 염색을 할 때에는 50℃의 중성(pH 7)염액에서 염색하는 것이 염착량을 높일 수 있을 것으로 생각된다.

아마직물의 경우, 색채특성과 염착량 등 염색특성은 4종류의 염색조건에 따라 a^*값을 제외한 모든 값에서 유의한 차이를 보였다. L^*값은 알칼리성(pH 11) 염액이고 21℃의 염색조건(42.98)에서 높게 나타났으나, 중성(pH 7) 염액이고 21℃의 염색조건(40.15)로 낮게 나타났다. 따라서 알칼리성 염액에서 쪽 염색시 중성 염액보다 약간 밝은 색상을 보이는 것을 알 수 있었다. b^*값은 21℃ 염색조건에서 –10.88(pH 7), –10.81(pH 11)으로 50℃ 염색조건보다 음의 b^*값이 높게 나타나서 염색온도가 낮을수록 파랑 기미가 더해지고 있음을 알 수 있었다. C^*값 역시 21℃ 염색조건에서 10.92(pH 7), 10.87(pH 11)로 50℃ 염색조건보다 C^*값이 높게 나타나서 염색온도가 낮을수록 채도가 높아지고 있음을 알 수 있었다. 이러한 색채특성을 KS 색 체계의 색조와 연결하여 살펴보면, 아마직물은 grayish 색조의 남색계열(0.31 PB∼1.73 PB)의 색상을 나타내었다. 한편, 포도당으로 환원한 아마직물의 염착량(K/S 값)은 중성 쪽 염액(pH 7)에서 21℃로 염색한 경우 4.25, 50℃의 염색조건에서 4.08로 나타나서 알칼리성 쪽 염액(3.58, 3.43)보다 높게 나타났다. 따라서 아마직물을 포도당으로 환원하여 쪽 염료로 염색할 경우에는 중성 염액에서 염색하는 것이 염착량을 높일 수 있을 것으로 생각된다.

면혼방직물의 경우, a^*값을 제외한 모든 색채특성과 염착량에서 염색조건에 따라 유의한 차이를 보였다. L^*값은 pH 11, 50℃에서 염색한 경우 가장 크게 나타났으며, 음의 b^*값과 C^*값은 pH 11, 21℃에서 각각 –11.60과 11.63으로 가장 크게 나타났다. 이러한 색채특성을 KS 색 체계의 색조와 연결하여 살펴보면, 면혼방직물은 grayish 색조의 남색계열(0.63 PB∼1.50 PB)의 색상을 나타내었다. 염착량인 K/S 값은 pH 7, 50℃(3.82), pH 7, 21℃(3.71), pH 11, 21℃(3.61) 조건인 경우가 pH 11, 50℃(2.16) 조건보다 높게 나타났다. 따라서 면혼방직물을 포도당으로 환원하여 쪽 염색시에는 중성 염액에서 염색하는 것이 염착량을 높일 수 있을 것으로 생각된다.

아마혼방직물의 경우, 염색조건에 따라 L^*값과 K/S값에서 유의한 차이를 보였다. 염색온도 50℃에서 염색한 경우, L^*값이 56.47(pH 7), 54.44(pH 11)로 20℃(pH 7)에서 염색한 경우의 L^*값인 50.72보다 높게 나타났다. 이러한 색채특성을 KS 색 체계의 색조와 연결하여 살펴보면, 아마혼방직물은 grayish 색조의 남색계열(0.26PB), light grayish 색조의 파랑계열(9.79 B∼9.91 B)의 색상을 나타내었다. K/S 값은 21℃에서 염색한 경우, 2.24(pH 7), 2.12(pH 11)로 50℃에서 염색한 경우(1.51, 1.80)보다 높게 나타났다. 따라서 아마혼방직물을 포도당으로 환원하여 쪽 염색시에는 21℃에서 염색하는 것이 염착량을 높일 수 있을 것으로 생각된다.

따라서 포도당으로 환원하여 면직물과 아마직물에 쪽 염색을 실시하면 grayish 한 남색(PB) 색상을 구현할 수 있음을 알 수 있었는데, 이는 효모와 맥아당을 사용하여 천연발효한 쪽으로 반복염색한 면직물의 경우 PB 색상을 나타내었다는 결과(김미경, 최인려, 2013) 및 포도당을 환원제로 사용하여 약알칼리 조건에서 마직물을 쪽 염색한 결과, PB계열의 색상을 나타내었다는 결과(신윤숙 외, 2009)와 일치하였다. 그런데 선행연구(김미경, 최인려, 2013)에서 면직물을 반복 염색시 염착량이 증가하였다고 보고하고 있으므로 반복염색 등을 통하여 색조의 다양화와 염착량을 높일 수 있을 것으로 보인다. 여기서 아마직물과 아마혼방직물의 경우, 염색온도가 50℃인 경우의 염착량이 21℃에서 염색한 경우보다 다소 낮게 나타났는데, 이는 포도당으로 환원하여 쪽 염색시 염색온도가 증가함에 따라 아마직물을 비롯한 마직물의 염착량이 감소하였다는 결과(김미경, 2013)를 뒷받침하고 있다고 생각된다.

3. 염색 견뢰도

쪽 염료를 포도당으로 환원하여 염색된 직물의 염색 견뢰도를 알아보기 위하여 세탁, 일광, 드라이클리닝, 마찰, 땀 등의 염색 견뢰도를 측정한 결과는 <표 4>, <표 5>와 같다. 본 연구에서 사용한 염색조건은 염액의 pH와 온도 등을 조합한 4가지 조건이었으나, 이 중에서 중성 염액(pH 7)의 온도 21℃ 및 알칼리성 염액(pH 11)의 온도 50℃ 등 2가지 염색조건으로 염색한 직물에 대하여 염색 견뢰도를 평가하였다.

<표 4>

포도당 환원으로 쪽 염색한 직물의 세탁 견뢰도

<표 5>

포도당 환원으로 쪽 염색한 직물의 일광, 드라이클리닝, 마찰 및 땀 견뢰도

먼저 <표 4>에 제시된 세탁 견뢰도를 살펴보면 다음과 같다. <표 4>에서 보는 것처럼 첨부된 직물의 오염 등급은 섬유종류와 염색조건에 관계없이 4-5등급의 우수한 오염 견뢰도를 나타내었다. 그러나 변퇴색의 경우, 염색된 직물의 섬유종류와 염색조건에 따라 다소 차이를 보였다. 면직물의 경우 중성(pH 7) 염액의 온도 21℃ 조건에서는 변퇴색 견뢰도는 3등급을 나타내었고, 알칼리성(pH 11) 염액의 온도 50℃ 염색조건에서 염색한 면직물의 변퇴색 견뢰도는 모두 4-5등급을 나타내었으나, 다른 직물의 변퇴색 견뢰도는 모두 4등급을 보였다. 따라서 포도당으로 환원한 쪽 염액으로 염색한 직물의 세탁 견뢰도는 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.

다음으로 일광, 드라이클리닝, 마찰 및 땀에 대한 염색 견뢰도를 살펴보면 다음과 같다(표 5). 일광에 대한 견뢰도는 면직물, 아마직물, 면혼방직물에서는 염색조건에 관계없이 모두 4-5등급으로 우수한 견뢰도를 나타내었으며, 아마혼방직물은 3-4등급과 4-5등급의 우수한 견뢰도를 나타내었다. 드라이클리닝에 대한 견뢰도는 염색조건과 섬유종류에 관계없이 모두 4-5등급을 나타내어 우수한 결과를 보였는데, 변퇴색의 견뢰도(4-5등급)가 오염 견뢰도(4등급)에 비해 더 높게 나타났다. 그러나 건조 상태에서의 마찰 견뢰도는 섬유종류에 따라 다소 차이를 보였다. 면혼방직물은 3등급으로 중간 정도의 마찰 견뢰도를 보였고 면직물과 아마혼방직물은 2-3등급이었으나, 아마직물은 2등급을 보였다. 한편, 산성과 알칼리성 땀액에 대한 견뢰도는 섬유종류와 염색조건에 관계없이 모두 4-5등급으로 우수한 견뢰도를 나타내었다.

이처럼 포도당으로 환원한 쪽으로 염색된 직물의 염색 견뢰도를 종합적으로 살펴보면, 염색 견뢰도는 섬유종류에 따라 미미한 차이를 보이고 있으나, 마찰 견뢰도(건조)를 제외하고는 대부분 4등급 또는 4-5등급의 우수한 견뢰도를 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 섬유종류별 염색조건에 따른 염색 견뢰도는 염액의 pH나 염색온도 등 염색조건에 관계없이 거의 차이가 없음을 알 수 있었다.

이러한 결과는 쪽 분말 염료를 효모와 맥아당을 사용하여 천연발효 방법으로 면, 레이온, 견, 모직물을 반복 염색한 결과, 일광 견뢰도는 4등급 이상, 세탁 견뢰도는 3-4등급 이상, 드라이클리닝 견뢰도는 3등급 이상으로 우수하게 나타났고(김미경, 최인려, 2013), 소석회와 포도당으로 환원/염색한 마직물의 경우, 세탁 견뢰도는 2/3등급(담색)∼3/4등급(중색), 드라이클리닝 견뢰도는 3/4등급∼4등급(중색), 마찰 견뢰도는 5등급(건조), 4/5등급(습윤)이었으며(신윤숙 외, 2009), 포도당으로 환원하여 염색한 면직물의 경우, 세탁견뢰도가 3-5등급을 나타내었다는 결과(Saikhao et al., 2017)와 거의 일치하고 있음을 알 수 있었다. 이는 산화와 환원이라는 과정을 거치는 쪽 염색의 특수한 염법으로 인해 염료와 직물의 우수한 염착성(김미경, 2013), 쪽 염료의 색소가 섬유에 결합 또는 흡착되어 공기산화에 의해서 물에 불용성인 인디고로 변하기 때문에 세탁· 땀 견뢰도가 높은 것으로 생각된다(정인모 외, 1998).

따라서 일반적으로 천연염색 직물의 낮은 염색 견뢰도 특히 일광 견뢰도가 좋지 않아 패션상품으로 개발시 제한점이 되고 있는 것을 감안해 볼 때, 일광 견뢰도를 포함한 쪽 염료의 우수한 염색 견뢰성은 색상의 내구성을 기대할 수 있으므로 친환경 패션소재로서의 활용가치가 클 것으로 생각된다.