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과학탐구보고서 : 천연염색
1. 탐구주제
□ 일상생활에서 얻을 수 있는 재료를 이용해 천연염색을 할 수 있을까?
2. 실험동기
□ 여름방학이라 가족모임을 갖게 되었는데, 평소 아토피가 있는 사촌동생이 천연염색이 된 옷을 입고 있었다. 천연염색옷이 아토피 피부에 도움이 된다는 말을 듣고 천연염색 옷을 입게 되었다고 했다. 천연염색된 옷의 색깔을 보니 내가 평소 생각했던 것과는 달리 그 색깔이 예쁘고, 어떻게 이런 예쁜 색깔이 나올 수 있을까 하는 생각이 들기도 했다.
천연염색 옷을 굳이 사지 않고도, 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료를 이용해 우리 스스로 직접 천연염색을 할 수 있는지, 흔히 일상생활에서 가까이 볼 수 있는 것들을 이용해 천연염색이 가능한지 궁금해졌다. 그리고 각 재료마다 염색색깔은 어떻게 다른지, 염색이 되는 이유가 무엇인지 알아보고 싶어 이 실험을 하게 되었다.
3. 준비물
□ 양파껍질, 포도껍질, 보라색 양배추, 장미꽃, 코스모스, 물, 명반(약국에서 구입), 천, 냄비, 가스레인지, 채, 고무장갑, 집게, 양푼, 숟가락
4. 탐구를 통해 알고 싶은 점
□ 천연염색이란 무엇인가?
□ 천연염색이 되는 원리는 무엇일까?
□ 각 재료에 따라 염색되는 색깔은 어떻게 다를까?
□ 명반물(매염제)에 천을 담그는 이유는 무엇일까?
5. 실험 방법 및 절차
① 천연염색에 필요한 재료들을 준비해둔다.
(천은 미리 따뜻한 물에 충분히 담근 후 꼭 짜둘 것!! )
② 양파껍질, 포도껍질, 보라색 양배추, 장미꽃, 코스모스를 각각 냄비에 물과 함께 넣고 끓인다.
③ 물이 끓으면 약한 불로 20~30분 정도 색을 우려내어, 물을 식힌 후 채에 걸러낸다.
④ 명반을 따뜻한 물에 넣고 섞은 명반물을 준비해준다.
⑤ 천을 염색물에 넣은 후, 물이 잘 들 수 있도록 20분정도 주물러 준다.
⑥ ⑤의 천을 명반물에 넣은 후 20분 …(생략)
정도 주물러준다.
⑦ 원하는 색깔이 나올 때 까지 ⑤~⑥을 반복(2~3회 정도) 염색한다.
⑧ 염색이 다 된 천을 물에 여러 번 헹군 뒤 짜서 바람이 잘 통하는 그늘에 말린다.
⑨ 재료에 따라 염색된 색깔이 어떻게 알아본다.
6. 탐구결과 예상
□ 양파-노란색, 포도껍질-청색, 보라색 양배추-보라색, 코스모스-연한녹색, 장미꽃- 붉은 색으로 염색이 될 것이다.
□ 염색된 천을 명반물에 담궜을때는 그 색이 더 연해질 것이다.
7. 실험과정 (사진)
□ 염색할 천은 미리 따뜻한 물에 충분히 담근 후 깨끗하게 씻어 꼭 짜둔다.
□ 명반물은 각 재료를 가지고 염색할 때 마다 새롭게 명반물을 만들어 사용한다.
□ 준비물 사진
□ 양파껍질 염색 방법
① 염색할 천과 양파 껍질 벗긴 후 양파껍질만 준비한다.
② 양파껍질에 물을 충분히 넣고 센 불에 올려 끓이고, 끓기 시작하면 최대한 약하게 불을 줄여 20분정도 더 끓인다.
③ 양파껍질을 채로 건져내고 양파껍질 물을 양푼에 받아놓는다.
④ 다른 양푼에 뜨거운을 물 담고, 백반 한 수저를 넣은 명반물을 만들어 놓는다.
⑤ 천을 양파물이 담긴 냄비에 넣은 후 고무장갑을 끼고 20~30분쯤 주무른 후 살짝 짠다.
⑥ ⑤의 천을 명반물에 천을 담그고 20분쯤 주무른다.
⑦ 원하는 색깔이 나올 때 까지 ⑤~⑥을 반복(3회) 염색한다.
⑧ 염색이 다 된 천을 물에 여러 번 헹군 뒤 짜서 바람이 잘 통하는 그늘에 널어 말린다.
양파껍질 끓이기 채로 건져내기 명반물 만들기 양파물에 넣기 명반물에 넣기
□ 포도껍질 염색 방법
① 먹고 남은 포도껍질을 냄비에 넣고 포도껍질이 잠길 만큼 물을 넣고 끓이고, 끓기 시작 하면 약하게 불을 줄여 20~30분정도 더 끓인다.
② 물이 끓으면 포도껍질을 채에 걸러준다.
③ 다른 양푼을 하나를 더 준비한 다음, 뜨거운 물 담고, 백반 한 수저를 넣은 명반물을 만들어 놓는다.
④ 포도물에 천을 넣고 10~20분정도 넣고 주물러 준 후 살짝 짜둔다.
⑤ 포도물이 든 천을 명반이 섞인 뜨거운 물에 넣고 20분 정도 넣고 주물러 준다.
⑥ 마음에 든 색이 나올 때까지 포도물과 명반물에 담그는 것을 3회 정도 반복한다.
⑦ 천에 마음에 드는 색이 나오면 물에 깨끗이 헹구어준다.
⑧ 물에 깨끗이 헹군 천을 잘 펴서 그늘에 말려준다.
포도껍질 끓이기 체로 건져내기 포도물에 넣기 명반물에 넣기
□ 보라색 양배추 염색 방법
① 보라색 양배추와 물 조금을 냄비에 넣고 끓인다.
② 물이 끓으면 약한 불로 20~30분 정도 색을 우려낸다.
③ 물을 식힌 후 채에 걸러낸다.
④ 다른 양푼에 뜨거운 물을 담고, 백반 한 수저를 넣은 명반물을 만들어 놓는다.
⑤ 천을 양배추 물에 넣은 후 물이 잘 들 수 있도록 20분정도 주무른다.
⑥ ⑤의 천을 명반물에 담그고 20분쯤 주무른다.
⑥ 원하는 색깔이 나올 때 까지 ⑤~⑥을 3회 정도 반복 염색한다.
⑦ 염색이 다 된 천을 맑은 물에 여러 번 헹군 뒤 짜서 그늘에 널어 말린다.
양배추 끓이기 체로 건져내기 양배추물에 넣기 명반물 넣기
□ 코스모스 염색 방법
① 코스모스 및 줄기를 냄비 넣은 후 물을 넣고 끓인다. (줄기는 잘게 잘라 넣는다.)
② 물이 끓으면 약한 불로 20~30분 정도 색을 우려낸다.
③ 물을 식힌 후 채에 걸러낸다.
④ 다른 양푼에 뜨거운 물 담고, 백반 한 수저를 넣은 명반물을 만들어 놓는다.
⑤ 천을 코스모스 물에 넣은 후 물이 잘 들 수 있도록 20분정도 주무른다.
⑥ ⑤의 천을 명반물에 담그고 20분쯤 주무른다.
⑦ 원하는 색깔이 나올 때 까지 ⑤~⑥을 반복 염색한다.
⑧ 염색이 다 된 천을 물에 여러 번 헹군 뒤 짜서 바람이 잘 통하는 그늘에 널어 말린다.
코스모스 끓이기 체로 건져내기 코스모스 물에 넣기 명반물에 넣기
□ 장미꽃 염색 방법
① 장미꽃만 떼 내어 준비해둔다.
② 장미꽃을 깨끗이 씻어 꽃과 물을 똑같이 섞어 15~20분정도 끓인다.
③ 장미꽃을 15~20분정도 끓인 후 장미꽃 재료를 채에 받아 건더기를 걸러낸다.
④ 다른 양푼에 뜨거운 물 담고, 백반 한 수저를 넣은 명반물을 만들어 놓는다.
⑤ 천을 장미를 우려낸 물에 넣고 20-40분 동안 넣고 잘 스며들 수 있도록 주물러 준다.
⑥ ⑤의 천을 명반물에 20분쯤 주무른다.
⑦ 마음에 드는 색깔이 나올 때 까지 ⑤~⑥ 반복 염색한다.
⑧ 원하는 색의 염색이 다되면 가볍게 짠 다음 깨끗한 물에 헹군 후, 그늘에 말린다.
장미꽃 끓이기 체로 건져내기 장미꽃물에 넣기 명반물에 넣기
8. 실험결과 (사진)
양파껍질
포도껍질
보라색양배추
코스모스
장미꽃
겨자색
보라색
연한 보라색
연한 노란색
회색
9. 관련조사
√천연염색이란?
천연염색이란 자연 환경 속에서 채취되는 꽃과 나무, 풀, 흙, 벌레, 조개 등의 자연염료로 염색하는 것을 말한다. 이러한 천연 염료는 색깔이 있는 돌이나 흙에 함유된 광물성 염료, 식물의 잎, 꽃, 열매의 즙, 뿌리와 해초류 등의 식물성 염료, 동물의 피, 오징어 먹물, 조개류의 분비물 등의 동물성 염료로 나뉜다.
천연염색은 자연에서 채취되는 색소로 염색하므로 자연을 바라보는 것과 같은 자연스런 색감을 얻을 수 있어, 눈을 피로하게 하지 않고 사람의 정서를 차분하게 만들어 준다. 또한 환경 친화적이기 때문에 환경오염을 덜 시키며 인체에도 유익하다.
옛날 조상들은 “염색이라는 글의 염자는 ‘물들이기’ 즉 염색하는 것을 말하고, 나무에서 나왔다는 것을 식물이나 나무 등의 물들이는 재료를 말하며, 윗글자인 구는 염색되는 많은 염재의 가지 수를 말한다”고 하였다.
흔히 우리는 천연염색을 자연염색이라고도 한다. 천연염색의 천연이란 용어의 뜻은 사전에서 사람의 힘을 가하지 아니한 상태, 사람의 힘으로 움직이거나 변화시킬 수 없는 상태, 인공을 가하지 않은 것, 생긴 그대로의, 타고난 자생의, 야색의 뜻이 담겨 있다. 자연염색의 자연이란 용어의 뜻은 저절로 그렇게 되어 있는 것, 저절로 되는 생성, 조화의 힘에 의하여 이루어진 일체의 것, 인고 또는 인위로 된 것으로서의 문화에 대하여 라는 뜻에서 즉 자연염색은 손대지 않은 천연의 질료를 통해 인간에 의해 창조된 자연염색예술이라 유추 할 수 있다. 따라서 오늘날에는 세계 여려 곳곳에서 천연염색의 특징을 활용한 환경 친화적인 상품을 개발하면서, 또 환경오염이 심각한 문제로 대두되자 천연 염료를 이용한 천연염색이 부활하고 있다.
√ 천연염색은 언제부터 시작 했을까?
색깔은 문명의 발달과 함께 중요한 의미를 지닌다.
고대인들은 악마를 쫒거나 질병, 해충, 등으로부터 몸을 보호하기 위해 염색된 천을 몸에 걸치거나 몸에 색을 칠하였다. 사회가 복잡해짐에 따라 사회적 계급이나 빈부의 차이를 나타냈고, 종교적 또는 민족적 상징이나 감정의 표현에 색이 이용되었다.
인류는 오래 전부터 자연물에서 추출한 천연염료를 사용하면서 염료를 발달시켰다. 신석기시대 이후, 의복의 착색에 광물이 사용되었고, 5,000 - 6,000만년 전에는 식물의 화분, 과실, 잎, 줄기 등의 즙이 사용되었던 것으로 추정된다.
인도 지방에서는 쪽풀에서 감색의 염재인 인디고를 이집트에서는 꼭두서니의 뿌리에서 추출한 빨간색, 페니키아 지방에서는 뿔고동의 조개에서 보라색을 얻었다.
약 3,000년 전에는 아라비아와 인도 지방에서 나무에 기생하는 연지충으로 홍색의 염료가 만들어졌다. 페르시아 및 근동에서는 수목 등에 기생하는 패각충에서 보라색 염료를 추출하여 사용한 것으로 알려져 있다.
15, 16세기 경에는 인디고, 레드우드, 등의 갈색염료가 동양에서 서양으로 전파되고, 17세기경에는 서인도제도의 연지충, 로그우드 등의 염료가 사용되었다.
우리나라는 예로부터 백의민족이라 하였으며 지위의 높고 낮음을 관복의 색으로 구분하였다. 가장 고귀한 색을 자색으로, 가장 고귀한 색은 자색이라 하여 지치에서 얻었고, 다음이 잇꽃, 소방목의 붉은 색, 치자, 황백, 울금 조개풀 의 노란색의 염색을 하였다. 식물로 얻어진 색은 음식에도 이용되어 송화다식, 모시잎을 이용한 초록색 송편, 보라색의 갓김치 등이 그 예이다.
우리나라에도 유구한 색채문화가 있다. 아름다운 색채가 확연히 남아있는 고구려의 고분벽화(4 ~ 5 세기) 를 그 예로 들 수 있다. 벽화는 당시의 생활양상을 한눈에 엿볼 수 있는 그림으로 천연의 재료로 채색되어 있다. 비록 천연의 안료로 채색되어 있으나 벽화속의 인물들이 입고 있는 의복에 여러 가지 문양이 있는 것으로 미루어 뛰어난 색감을 지니고 있었던 당대의 사람들이나 그 이전의 사람들은 이미 자연의 식물로 물들이는 염색기술을 습득하고 있었던 것 같다. 회화나 도자기와 달리 염직물은 보존성이 결여되어 고대의 색상을 엿볼 수 있는 실물자료가 거의 남아있지 않으나 수많은 색명이 문헌에 수록되어 있다. 고구려에서 조선조에 이르기까지 색은 궁중을 중심으로 한 지배계층의 위치나 귀천의 구별을 확고히 표시하기 위해서 의복이나 장식품에 사용되었고 염색은 관영 중심의 공장 조직에 의해 생산과 유통이 이루어졌다. 조선조 중기 이후에 관영 중심의 공장 조직이 점차 약화 되면서 자유 수공업의 시장이 형성되었고 후기에 이르러 합성염료가 보급되면서 재래의 식물염색은 필연적 쇠퇴하기 시작하여 오늘날에는 문헌상의 견문에 그치고 있다.
√ 천연 염색의 특징
① 대부분 염료로 주변의 식물을 이용하므로 재료를 구하기 쉽다.
② 염색 과정 전체에 화공약품을 사용하지 않으므로, 친환경적인 염색 방법이다.
③ 화학염색과는 달리 같은 염료를 사용하더라도 조건에 따라 다양한 색상과 효과를 낼 수 있다.
④ 화학염색에 의한 색상이 비교적 탁한 데 비해 천연염색으로 염색한 색상은 맑고 투명한 느낌을 준다.
√ 천연염색의 원리
염색은 섬유의 비정부위에 색소가 들어가서 나오지 않게 되는 것이다. 비정부위란 섬유소가 직선으로 배열되지 않고 서로 얽혀 있어서 틈이 생긴 곳을 말한다. 그러므로 염색이 잘 되게 하기 위해서는 다음과 같은 상태를 만들어주면 된다.
① 비정부위의 틈을 넓혀서 색소가 들어가기 쉽도록 한다.
염색하기 전에 천을 따뜻한 물에 담궈 두는데 이는 섬유를 불려서 비정부위의 틈을 넓히는 효과를 가져 온다.
② 넓혀진 비정부위의 틈에 색소가 잘 들어가도록 한다.
친수성인 색소는 물에 잘 녹지만 물과 너무 친하기 때문에 비정부위의 틈으로 들어갔다가도 금방 다시 나와 버린다. 어렵게 물이 들었다 해도 계속되는 헹구기나 세탁과정 중 물에 쉽게 녹아나오게 되므로 변퇴색이 크다. 이에 비해 소수성인 색소는 물에 잘 녹지 않기 때문에 비정부위의 틈으로 쉽게 들어가지 않아서 물이 잘 들지 않는다. 섬유고분자에도 친수성부위와 소수성부위가 있어서 색소 자체의 성질과 섬유의 특성에 따라 염색의 농담과 견뢰도가 달라진다. 염색이 잘 되도록 하기 위해서는 색소와 섬유의 상호관계를 이용하여 서로 잘 반응하도록 주변 환경을 조절해주어야 한다. 섬유와 색소의 특성에 맞추어 염액 온도와 산도를 조절하고 경우에 따라 매염제나 조제와 같은 화합물을 이용할 필요가 있다.
③ 비정부위에 결합한 색소가 다시 빠져나오지 못하도록 비정부위의 틈을 좁힌다.
염색 후 섬유를 말려주면 비정부위의 틈이 좁혀져 색소가 빠져나가지 않게 된다.
화학염료는 염색을 목적으로 만들어졌기 때문에 염착력이 매우 커서 쉽게 물이 들뿐더러 염색 후의 변퇴색도 적다. 그러나 식물염료는 식물이 살아가는데 필요해서 만들어낸 색소일 뿐 섬유에 물을 들이기 위해 만들어진 것은 아니다. 그러므로 식물 염료의 경우 쪽, 오배자(붉나무), 가래나무 등의 몇몇 식물을 제외하고는 염착성이 작기 마련으로 물이 잘 들지 않는다. 염착성이 작은 식물 염료를 섬유에 붙들어 매는 역할을 하는 화합물이 바로 매염제이다.
매염제의 역할은 크게 다음의 세 가지가 있다.
- 흡착 : 섬유에 염료를 붙이는 역할.
- 고착 : 섬유에 붙은 염료가 떨어지지 않게 하는 역할
- 발색 : 색이 나게 하는 역할
발색과정은 색소와 매염제 중의 금속이 화학반응하여 이루어진다. 일반적으로 식물을 끓여서 얻어진 염액에는 여러 종류의 색소가 섞여 있기 때문에 식물염료를 복합색소라고 한다. 그러므로 동일한 염액을 나누어서 각각 다른 매염제를 처리하면 반응하는 색소의 종류가 달라지므로 서로 다른 색상을 얻을 수 있게 된다. 이는 단일색소로 된 화학염료에서는 볼 수 없는 식물염료만의 특징으로 식물염색을 하는 커다란 매력이기도 하다.
√ 매염제란?
쪽과 같은 인디고 염료는 섬유 구조와 화학적으로 결합하는 것이 아니라 섬유표면에 부착되어 있어서 염색 후 시간이 흐르면 염료가 섬유에서 떨어져 나가게 된다. 그러므로 인디고로 염색된 청바지는 세탁을 되풀이함에 따라 색이 바래게 된다. 이에 비해 대부분의 식물염료는 섬유 구조와 화학적 결합을 한다. 가래나무, 오배자, 양파껍질과 같이 화학적 처리 없이 염료 자체가 섬유 구조와 확실히 결합하는 경우도 있으나, 대부분의 식물염료는 특별한 화학적 처리에 의해 섬유와 결합한다. 이 과정을 매염이라 하며 이 화합물을 매염제라고 한다.
전통적인 매염제는 자연에서 얻어지는 천연물이었다. 옛 선인들은 식물을 태운 잿물, 식물의 수피나 혹에서 얻어진 탄닌, 사과나 오미자의 과일즙, 금속 성분을 포함한 경수, 사람을 포함한 동물의 오줌 등을 매염제로 이용하였다. 콩대나 동백나무의 재에는 알루미늄이 들어 있고 과일즙에는 구연산이 들어 있으며 오줌에는 요소가 있다. 이 같은 천연매염제 이외에 요즘에는 인공적으로 합성한 매염제를 사용하기도 한다.
매염제의 양은 섬유 중량에 따라 결정된다. 매염과정은 매염액의 농도와는 무관하게 이루어진다는 점을 염두에 두어야 한다. 섬유 중량에 비해 매염제의 양이 적은 경우는 매염효과가 줄어들기 마련이지만, 섬유 중량에 비해 많은 매염제를 넣었다고 해서 매염효과가 증가하는 것은 아니다. 너무 많은 매염제는 오히려 섬유의 손상을 가져오게 되므로 적정한 양의 매염제를 사용하는 것이 중요하다. 매염을 시킬 때에는 섬유가 충분히 잠겨서 자유롭게 움직일 수 있을 정도의 매염액이 필요하다. 매염제는 금속과 산으로 된 금속염의 형태로서, 색소와 매염제가 만나면 매염제의 금속이 색소와 결합하여 불용성이 되고 산이 떨어져 나온다. 그러므로 식물염료와 매염제를 섞어 버리면 불용성의 안료처럼 되어 버려서 물에 녹기 힘들어지므로 식물염색의 경우 염료와 매염제를 따로 사용하는 것이 좋다. 또한 매염과정 중 떨어져 나온 산은 섬유에 손상을 줄뿐더러 변색의 원인이 되기도 한다. 식물염색의 최종공정에서 헹구기를 철저히 하는 것은 이렇게 떨어져 나온 산을 완전히 제거하기 위함이다.
※ 매염제 중에는 독극물도 있으므로 매염제를 사용할 때 주의할 점
* 매염제 용기에는 반드시 표시를 하고 관계자 이외의 손이 닿지 않는 곳에 보관한다.
* 매염제를 다룰 때에는 비닐이나 고무장갑을 사용하여 살갗에 묻지 않도록 한다.
* 가루로 된 매염제는 사용 중 날려서 흡입될 수 있으므로 반드시 마스크를 한다.
* 매염제용의 스푼이나 용기는 별도로 두어서 절대 식기로 사용하는 일이 없도록 한다.
* 작업실의 환기가 잘 되도록 주의 한다.
√ 매염제를 사용하는 이유?
옛날에는 피부병이 발생하면 천연 염색의 옷을 입었고, 선진국에서는 무좀 및 아토피성 피부병 환자용으로 천연염색 옷이 개발되어 팔리고 있습니다.
그러나 식물, 동물, 미네랄 등의 천연염료에 의한 염색은 색이 쉽게 없어지는 성질이 있기 때문에 대부분의 천연염색은 색깔을 오래 유지하기 위해서 백반과 같은 매염제를 사용해야 한답니다.
매염단계에서는 섬유에 금속 매염액 (일반적으로 알루미늄염, 크롬염, 구리염, 철염, 주석염 등) 을 처리해주고 염색을 하는데, 이러한 금속이온들은 섬유와 염료와의 강한 결합을 형성하여 색을 유지시켜 준다.
√ 매염제의 종류
식물염색에 주로 쓰이는 매염제로는 철, 동, 알루미늄, 석, 크롬, 알칼리매염제 등이 있다. 이들 중 대부분은 화학약품으로 시판되고 있어서 손쉽게 이용할 수 있다. 이 중에는 독성이 강하거나 환경에 부담을 주는 것도 있기 때문에, 될 수 있으면 인체에 해가 적고 환경에 부담이 적은 것만 사용하는 것이 식물염색의 기본 취지에 어울릴 것이다.
전통적인 식물염색에서는 매염제를 직접 만들어 사용해왔다. 직접 만든 매염제는 화학약품보다 매염효과가 약할뿐더러 조금 손이 많이 가지만, 화학약품보다 부드러운 색을 얻을 수 있다. 또한 주변에 흔히 있는 재료로 만들 수 있으므로 화학약품에 저항감이 있다면 직접 만들어 쓰도록 한다.
① 철매염제
철매염은 염색된 섬유를 전반적으로 짙은 갈색, 흑색, 회색 등 어두운 색조로 바꾸어 놓는다. 예전에는 철분이 많은 진흙을 매염제로 이용했다. 물이 고여 있는 저습지의 경우 물 위에 기름 성분의 막이 생기는 것을 볼 수 있는데, 이 막은 진흙 속의 철분이 산화되는 과정에서 생기는 것이다. 요즘 시판되는 것으로 황산제일철(iron sulphate; FeSO4·7H2O), 염화제일철(ferric chloride; FeCl2·H2O), 목초산철(iron acetate; CH3COO3Fe)이 있다. 황산제일철과 염화제일철은 가루로 되어 있어서 섬유 중량의 3% 정도를 더운 물에 녹여 사용한다. 매염제에서 떨어져 나온 산이 섬유를 상하게 하거나 변퇴색의 원인이 될 수 있으므로 헹구기에 각별히 주의해야 한다. 이에 비해 목초산철은 황갈색의 액체로서, 만든지 반년이상 지나면 검게 침전이 생기고 매염효과가 떨어지므로 신선한 것이 좋다. 섬유 중량의 2∼3%를 적당량의 물에 풀어서 사용한다. 양모의 경우 철매염에 의해 손상될
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