[염색 기술자를 위한 화학] 염료와 섬유간의 결합

[염색 기술자를 위한 화학] 염료와 섬유간의 결합

- 중/고등 화학 및 대학 일반화학을 공부하는 학생들은

이 글의 내용을 무시하세요. 즉, 이 글을 읽지 마세요.

 

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[1] 물리 결합

 

1) 수소 결합

수소 결합에는 p형과 π형이 있다.

p형은 일반화학에 나오는 수소 결합을 의미.

( 참고: 수소 결합 https://ywpop.tistory.com/2593 )

 

p형 수소 결합력은 매체의 유전율이 큰 경우에는 현저히 약해진다.

따라서 염색 매체로서, 물에 팽윤된 친수성 섬유와 수용성 염료인 경우에는

수소 결합이 기여하는 정도가 적지만,

소수성 섬유와 분산 염료처럼 소수성 염료인 경우에는

p형 수소 결합에 의한 염착을 기대할 수 있다.

 

양성자 수용기가 π 전자운인 경우에는 π형 수소 결합이 형성되어

염료 분자의 방향환 및 공역 이중 결합은 양성자 수용기로서 유효하게 작용할 수 있다.

방향환은 소수성이므로 이들과의 π형 수소 결합은 수용액 중에서도 가능하기 때문에

셀룰로스에 대한 직접 염료의 염착력의 하나로서 설명되고 있다.

 

 

 

2) 반데르발스 힘(van der Waals force)

( 참고: 분자간 힘 https://ywpop.tistory.com/2579 )

배향력, 유기력, 분산력의 세 가지로 분류된다.

> 배향력: 영구 쌍극자 - 영구 쌍극자간 인력

> 유기력: 영구 쌍극자 - 유도 쌍극자(유기 쌍극자)간 인력

> 분산력: 순간 쌍극자 – 유도 쌍극자간 인력

 

반데르발스 힘에서, 배향력은 분자간 거리의 3승에 반비례하고,

유기력과 분산력은 분자간 거리의 6승에 반비례하기 때문에,

유기력과 분산력은 분자간의 거리가 중요하며,

분자간의 거리가 충분히 가까워진 경우에 유효하게 작용한다.

 

 

 

3) 소수 결합

탄화수소기나 방향족기 같은 소수성기가 물속에 존재하는 경우에

소수성기 주변에는 아이스버그(iceberg)라고 불리는 물 구조가 만들어진다.

물속에서 소수성기는 서로 회합하여 물과의 계면 표면적,

즉 아이스버그를 가능한 줄여 열역학적으로 안정하려고 한다.

이와 같이 물속에서 물 구조에 쫓겨 발휘되는 소수성기끼리의 결합을

소수 결합(소수성 수화라고도 부름)이라고 부른다.

소수 결합은 물이 있어야 비로소 생기는 결합력인데,

섬유(고분자)나 염료의 화학 구조 안에는 소수 구조가 존재하고,

염색에는 물이 사용된다는 점에서 염료와 섬유의 결합에는 중요한 역할을 하고 있다.

 

 

 

 

[2] 화학 결합

( 참고: 화학 결합 https://ywpop.tistory.com/3036 )

 

1) 이온 결합

염료 분자와 섬유에서 이온 결합의 예로는

양모, 견, 나일론 등의 섬유에 있는 아미노기와

산성 염료의 설폰산기 간에 일어나는 결합이 있다.

 

 

 

2) 공유 결합

염료 분자와 섬유간의 공유 결합으로는

반응성 염료가 셀룰로스의 수산기(-OH)와의 사이에

에테르 결합을 만들어 염착하는 예를 들 수 있다.

 

 

 

3) 배위 결합

염료 분자와 섬유에서 배위 결합의 예로는

산성 매염 염료에서 크롬에 의한 매염 염색을 들 수 있다.

이 경우에 단백질 섬유의 아미노기(-NH2)나 카르복실기(-COOH)가

배위 결합에 기여할 가능성이 있는데,

염료와 금속 간에 배위 결합물이 생성되고,

이것이 불용성이기 때문에

섬유상에 물리적으로 고정되는 요소가 크다고 생각되고 있다.

 

 

 

 

[키워드] 유기력 기준문서, 소수결합 기준문서