박테리아 셀룰로오스(Bacterial cellulose; 이하 BC)는 박테리아에 의해 3차원 나노 구조로 합성되는 고순도의 셀룰로오스 소재이다. BC는 성형성이 우수하고 부직포 상태로 생산되어 건조 시 천연가죽과 유사한 외관을 가지므로, 가죽을 대체할 수 있는 섬유소재로 활용이 가능하다. 특히 BC는 생산 및 후처리 공정에서 유해한 화학물질이 사용되지 않고, 폐기 시 생분해성이 있는 친환경 소재라는 장점이 있다.
따라서 본 연구는 BC 소재의 친환경성을 고려하여 황색계 천연염료인 치자, 녹차, 석류껍질을 활용하여 BC에 색상을 부여하고자 한다. 또한 단백질(대두, 우유, 버섯) 전처리의 영항을 검토하여 BC의 황색계 천연염색 시 적정 염색 조건을 확인하고, 물리적 특성 및 염색 견뢰도를 평가하여 의류용 섬유 소재로 활용할 수 있는 염색된 BC 섬유소재를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 연구는 황색계 천연염료에 의한 BC의 천연염색 시, 염액의 농도(1~10%(w/v)), 염색 온도(30~90℃), 염색 시간(10~90분), 염액의 pH(3~9), 매염제(알루미늄, 구리, 철), 매염방법(선매염, 동시매염, 후매염)에 따른 표면색 및 염착량을 측정하고 염색견뢰도를 평가하여 적정 염색 및 매염 조건을 확인하였다. 또한 단백질 전처리 시, 단백질 종류에 따른 염착량을 측정하여 최적 염색 조건을 선정하였다. 최적 염색 조건으로 염색한 BC는 의류소재로의 활용성을 평가하기 위해 인장 강도, 유연성과 같은 물성을 측정하고 염색견뢰도를 판정하였다.
이상의 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다. BC의 치자 염색 시 적정 염색조건은 염액 농도 10%(w/v), 염색 온도 30℃, 염색 시간 30분, 염액 pH 3이며, BC의 녹차 염색 시 적정 염색조건은 염액 농도 10%(w/v), 염색 온도 60℃, 염색 시간 90분, 염액 pH 5로 확인하였다. BC의 석류껍질 염색 시 적정 염색 조건은 염액 농도 10%(w/v), 염색 온도 60℃, 염색 시간 30분, 염액 pH 3으로 확인하였다. 또한 BC의 치자 염색 시에는 알루미늄 후매염, 녹차와 석류껍질 염색 시에는 알루미늄 동시매염 후, 염색견뢰도가 향상되었다. 단백질 전처리한 BC의 치자 염색 시, 단백질 전처리는 BC의 염색성에 영향을 미치지 않았으나, 대두 단백질로 전처리한 BC의 녹차와 석류껍질 염색 시에는 BC의 염색성이 향상되어 염착량이 각각 1.5배, 1.7배 증가하였다. 따라서 대두 단백질 전처리를 통해 BC의 녹차, 석류껍질 염색 시, 염색성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
FT-IR 측정 결과, 대두 단백질 전처리 및 치자, 녹차, 석류껍질 염색 시 단백질과 치자, 녹차, 석류껍질 색소가 BC 내부에 물리적 흡착되었고, BC와 화학적으로 결합하였음을 확인하였다.
물성 평가 결과, 대두 단백질 전처리한 BC의 치자, 녹차, 석류껍질 염색 시 BC의 인장강도는 각각 5.6배, 4.3배, 6배 증가하였으며, 유연성은 각각 2.6배, 2.2배, 3배 향상되었다. 따라서 BC의 치자, 녹차, 석류껍질 염색 시 대두 단백질 전처리를 통해 물성을 향상시킬 수 있음을 확인하였으며, 미처리 소가죽과 비교하여 물성이 우수함을 확인하였다.
염색견뢰도 평가 결과, 대두 단백질 전처리 후 황색계 천연염재에 의한 BC 염색 시, 마찰견뢰도와 드라이크리닝견뢰도가 모두 우수하게 유지됨을 확인하였다.
따라서 본 연구는 황색계 천연염료와 단백질 전처리를 통해 BC에 색상을 부여하고 물성을 향상시킴으로써 의류용 소재로 활용이 가능한 BC 섬유소재의 황색계 천연염색 방법을 제안한 의의가 있다.