소개글
"천연염색 산염기"에 대한 내용입니다.
목차
1. 천연색소와 무기안료 실험 결과보고서
1.1. Data & Results
1.1.1. 염료 종류
1.1.2. 매염 처리
1.1.3. 염색 과정
1.1.4. 산/염기 처리 결과
1.2. Discussion
1.2.1. 매염제의 영향
1.2.2. 산염기 처리에 따른 색 변화
1.3. Homework
1.3.1. 자초 추출 시 에탄올 사용 이유
1.3.2. 매염제와 섬유의 결합
1.4. Conclusion
2. 일반화학실험 결과 보고서
2.1. 실험 목적
2.2. 실험 원리
2.2.1. 색
2.2.2. 천연 염료
2.2.3. 천연 염색
2.3. 시약 및 기구
2.4. 실험 방법
2.5. 결과
2.6. 고찰
2.6.1. 매염제의 영향
2.6.2. 섬유와 염료의 반응
2.6.3. 추가 고찰
2.7. 참고문헌
3. 천연 염색
3.1. 이름 및 조원
3.2. 실험 날짜
3.3. 실험 목적
3.4. 실험 원리
3.4.1. 색
3.4.2. 천연 염료
3.4.3. 천연 염색
3.5. 시약 및 기구
3.6. 실험 방법
3.6.1. 칭량하기
3.6.2. 매염하기
3.6.3. 염료 추출하기
3.6.4. 매염하지 않은 섬유의 염색
3.6.5. 매염한 섬유의 염색
3.6.6. 산, 염기에 의한 탈색과 변색 조사
3.7. 결과
3.7.1. 매염제 칭량값
3.7.2. 염색 결과 및 산/염기 처리 결과
3.8. 고찰
3.8.1. 매염제의 영향
3.8.2. 섬유와 염료의 반응
3.8.3. 추가 고찰
4. 참고 문헌
본문내용
1. 천연색소와 무기안료 실험 결과보고서
1.1. Data & Results
1.1.1. 염료 종류
본 실험에서는 치자, 소목, 자초 등의 천연 염료를 사용하여 면섬유를 염색하였다. 치자의 주성분 분자인 crocin은 노란색을 나타내며, 소목의 주성분 분자인 brazilin은 붉은 계열의 색을, 자초의 주성분 분자인 shikonin은 자주색을 나타낸다. 이처럼 천연 염료를 구성하는 주요 색소 화합물들은 분자의 구조적 특성에 따라 서로 다른 고유한 색을 보여준다. 즉, 이들 분자들 내부의 공액 이중결합계와 방향족 고리 등의 구조적 특성으로 인해 서로 다른 파장의 빛을 흡수하고 반사하여 각각의 고유한 색을 발현하게 되는 것이다. 이러한 천연 염료들은 오랜 세월에 걸쳐 경험적으로 발견되고 활용되어왔다.
1.1.2. 매염 처리
매염 처리는 천연 염색 과정에서 중요한 역할을 한다. 매염제를 사용하면 섬유와 염료 간의 친화력이 높아져 염료가 섬유에 더욱 잘 고정되어 염색의 선명도와 지속성이 향상된다. 이 실험에서는 Al 매염제와 Fe 매염제를 사용하였다.
매염제를 처리하지 않은 면섬유의 경우, 소목으로 염색한 면섬유는 자주색을 띠며, 자초는 연한 분홍색, 치자는 노란색을 나타냈다. 반면 Al 매염제를 처리했을 경우 소목으로 염색한 섬유는 분홍색, 자초는 회색, 치자는 노란색을 띠었다. Fe 매염제를 처리했을 때는 소목이 보라색, 자초가 어두운 녹색, 치자가 진한 노란색을 나타냈다.
이처럼 매염제 처리에 따라 섬유의 염색 결과가 크게 달라지는데, 이는 매염제의 금속 이온이 염료 분자와 결합하여 다양한 색상의 착화합물을 형성하기 때문이다. Al 매염제는 밝은 색을, Fe 매염제는 어두운 색을 나타내는데, 이는 매염제 금속 이온의 전자 배치와 관련이 있다. 즉, 전이금속인 Fe가 d-오비탈에서 전자 전이가 일어나 흡수 스펙트럼이 변화하여 더 어두운 착색을 유발한다.
따라서 매염제 종류에 따른 금속 이온의 특성이 염료와의 화학적 결합에 영향을 미쳐 섬유의 염색 결과가 다르게 나타난다고 할 수 있다.
1.1.3. 염색 과정
염색 과정에서는 매염 처리된 면섬유와 염료 추출액을 이용하여 염색이 진행된다. 먼저 50mL 비커에 약 30mL의 물을 담고 명반은 1.49g, 녹반은 1.5g을 각각 측정하여 넣었다. 이를 10분간 175℃로 가열하여 매염제가 완전히 용해되도록 한 뒤, 각 면섬유 3장을 넣어 5분간 더 가열하였다. 이와 동시에 염료 추출을 위하여 50mL 비커 3개에 치자, 소목, 자초를 각각 담았다. 자초에는 50%의 에탄올을, 치자와 소목에는 물을 넣어 10분간 가열하여 염료를 추출하였다. 이후 각각의 섬유를 추출된 염료에 7분간 더 가열하여 염색하였다. 면섬유를 물로 행군 뒤 종이타월에 올려놓아 완전히 건조시켰다. 염색 결과를 관찰하기 위해 드라이기로 면섬유를 말린 후 색상을 확인하였다.""
1.1.4. 산/염기 처리 결과
산/염기 처리 결과, 매염제를 처리하지 않은 면섬유의 경우 색 변화가 가장 크게 나타났다. 특히 소목으로 염색한 면섬유는 아세트산 처리 시 밝은 분홍색 또는 흰색 계열로 탈색이 되었고, NaHCO3를 처리했을 경우 보라색 계열로 변했다. 이에 비해 매염제를 처리한 면섬유는 산염기 처리에 따른 변화가 상대적으로 작았다. 명반을 처리한 경우 소목으로 염색한 섬유가 아세트산에 의해 분홍색으로 탈색되었지만, 녹반으로 처리한 경우 보라색 변화가 적게 나타났다. 또한 염기 처리 시에는 명반 처리 섬유가 밝은 보라색으로, 녹반 처리 섬유가 가장 어둡고 진한 보라색으로 변했다. 이와 달리 자초와 치자로 염색한 면섬유는 산염기 처리에 따른 색 변화가 크지 않았다. 이를 통해 매염제가 염료와 섬유 간 결합을 안정화시켜 산염기에 대한 저항성을 높여주는 것을 알 수 있다.
1.2. Discussion
1.2.1. 매염제의 영향
매염제는 염료와 섬유 간의 결합을 안정화시켜 염색성을 향상시키는 역할을 한다. 실험 결과에 따르면, 매염제를 처리하지 않은 면섬유에 비해 알루미늄 매염제와 철 매염제를 처리한 면섬유의 염색이 더욱 선명하고 오래 지속되는 것으로 나타났다. 이는 매염제가 염료와 섬유 간의 화학적 결합을 강화하기 때문이다.
특히, 알루미늄 매염제로 처리한 면섬유의 경우 전반적으로 밝고 선명한 색으로 염색되었으며, 철 매염제로 처리한 면섬유는 더욱 어둡고 진한 색으로 염색되었다. 이러한 차이는 매염제 금속 이온의 특성에서 기인한다. 알루미늄 이온은 섬유와 염료 사이에 배위결합을 형성하여 안정한 복합체를 만들어내는 반면, 철 이온은 섬유와 염료 간의 결합을 더욱 단단히 만들어 어두운 색상을 발현한다.
이처럼 매염제는 섬유와 염료 사이의 상호작용을 증폭시켜 색의 밝기와 선명도를 조절할 수 있다. 따라서 염색 과정에서 적절한 매염제를 선택하는 것은 원하는 색상을 구현하는 데 매우 중요하다.
1.2.2. 산염기 처리에 따른 색 변화
산염기 처리에 따른 색 변화는 매염제 처리 여부에 따라 크게 영향을 받는다. 매염제를 처리하지 않은 면섬유의 경우, 산염기 처리에 따른 색 변화가 가장 크게 나타났다.
소목으로 염색한 무매염 면섬유에 아세트산을 처리하면 밝은 분홍색 또는 흰색 계열로 강하게 탈색되었으며, NaHCO3를 처리하면 더욱 어두운 보라색 계열로 변했다. 이는 산에 의해 소목의 붉은 색 분자인 brazilin이 H+를 잃으며 안정화되어 탈색되고, 염기에 의해 탈양성자화 되면서 빛 흡수가 증가해 진한 보라색을 나타내기 때문이다.
반면 매염제를 처리했을 경우, 산염기 처리에 따른 색 변화가 상대적으로 적었다. 명반을 처리한 소목 염색 섬유는 아세트산 처리 시 분홍색으로 다소 탈색되었으며, NaHCO3 처리 시 밝은 보라색을 띠었다. 녹반 처리 소목 섬유는 산염기에 변화가 적었다. 이는 매염제가 소목 염료 분자와 섬유 간의 결합을 안정화시켜 산염기에 잘 반응하지 않도록 하기 때문이다.
자초와 치자의 경우, 매염 여부와 상관없이 산염기 처리에 따른 색 변화가 소목에 비해 훨씬 작았다. 이는 자초의 shikonin과 치자의 crocin 분자가 소목의 brazilin보다 구조적으로 안정적이어서 산염기에 잘 반응하지 않기 때문으로 해석된다.
결과적으로 매염제를 처리하지 않은 섬유의 경우 산염기 처리에 따른 색 변화가 가장 크게 나타났으며, 매염제를 처리한 경우 그 변화가 상대적으로 작았다. 이는 매염제가 염료 분자와 섬유 간의 결합을 안정화시키므로 산염기의 영향을 덜 받게 만들기 때문이다.
1.3. Homework
1.3.1. 자초 추출 시 에탄올 사용 이유
천연염료 중 자초를 추출할 때만 에탄올을 사용하는 이유는 자초의 주성분인 shikonin의 화학적 특성 때문이다.
자초는 지용성 성질이 강한 화합물인 shikonin을 주성분으로 가지고 있다. Shikonin은 큰 방향족 고리 구조와 긴 탄화수소 사슬로 인해 지용성이 강하다. 따라서 자초에서 염료 성분을 효과적으로 추출하기 위해서는 물과 같은 극성 용매보다는 비극성 용매인 에탄올을 사용하는 것이 더 적합하다.
반면 치자의 주성분인 crocin은 두 개의 糖 분자가 결합한 구조로 극성이 큰 편이며, 소목의 주성분 brazilin 또한 여러 개의 hydroxyl기를 가진 극성 화합물이다. 따라서 이들 염료는 물과 같은 극성 용매에 잘 녹아 추출이 가능하다.
즉, 자초의 주성분인 shikonin은 지용성이 강해 에탄올과 같은 비극성 용매에서 잘 용해되므로, 자초 추출 시에는 에탄올을 사용하는 것이 효과적이다. 반면 치자와 소목은 극성 화합물이므로 물에 잘 녹아 추출이 가능하여 에탄올을 사용하지 않는다.
1.3.2. 매염제와 섬유의 결합
매염제와 섬유의 결합은 염색 과정에서 매우 중요한 역할을 한다. 매염제는 섬유와 염료 사이의 결합을 돕는 중간 매개체 역할을 하여, 섬유와 염료의 결합을 보다 안정적이고 강하게 만든다.
섬유와 염료는 수소결합이나 반데르발스 인력과 같은 비교적 약한 물리적 상호작용으로 결합한다. 반면 매염제는 섬유와 염료 사이에서 화학적 결합을 형성하여, 보다 강력한 결합을 만들어낸다. 이를 킬레이트 결합이라고 하는데, 매염제의 금속 이온이 섬유의 수산기(-OH)와 염료의 발색단 사이에서 복합체를 형성하게 된다.
이러한 킬레이트 결합은 일반적인 섬유-염료 간 물리적 결합보다 훨씬 안정적이다. 따라서 매염제를 사용하면 염색된 섬유의 내구성과 색의 선명도가 향상된다. 또한 산이나 알칼리에 의한 탈색 현상을 억제할 수 있다.
특히 전이금속인 철 이온(Fe2+)이나 알루미늄 이온(Al3+)이 매염제로 사용되면 더욱 강력한 결합이 형성된다. 이는 이들 금속 이온이 섬유와 염료의 전자를 끌어당기는 힘이 크기 때문이다. 따라서 철 매염제나 알루미늄 매염제를 사용하면 섬유에 염료가 더욱 견고하게 부착되어 염색 결과가 뛰어나게 된다.
이처럼 매염제는 섬유와 염료 간 결합을 강화시켜 염색의 견뢰도를 향상시키는 핵심적인 역할을 한다. 이를 통해 천연 염색...
참고 자료
Chemspider, , 2024.10.02.
한국천연염색박물관, 《염료식물 종류 및 특성 (지치)》, , 2024.10.02.
한국천연염색박물관, 《염료식물 종류 및 특성 (치자)》< https://www.naturaldyeing.or.kr/www/dye_info/plant?idx=1010&mode=view >, 2024.10.02.
조현진 외 4, “임산염료 자원일 이용한 천연염색”, 국립산림과학원, 2007, 36-41면.
김희준, 《일반화학실험》, 자유아카데미, 2010, 165면.
최민, 신윤숙, 류동일, “자초 추출조건에 따른 색상 변화에 관한 연구”, 한국염색가공학회 41, 2009, 87-88면.
곽미정, 이신회, “키토산 가교 처리된 면직물의 천연염색에 관한 연구(3)”, 한국의류산업학회지 10(4), 2008.
이홍인. (2019). 일반화학실험 (제1판 5쇄) 발행지: 자유아카데미
이홍인, 2014, 일반화학실험, 자유아카데미
이연순, 1997, 염색의 이론과 실제, 미진사
John E. Mcmurry, 2012, 맥머리의 유기화학(8판), 사이플러스
Roy S. Berns, 2003, 색채학원론, 시그마프레스
sigmaaldrich, Al2(SO4)3 · 18H2O, 2019년09월28일, https://www.sigmaaldrich.com/catalog/substance/aluminumsulfateoctadecahydrate66643778431811?lang=ko®ion=KR
americanelements, Sodium bicarbonate density, 2019년09월28일, https://www.americanelements.com/sodium-bicarbonate-144-55-8
ChemBK, Sodium bicarbonate melting point, 2019년09월28일, https://www.chembk.com/en/chem/Sodium%20bicarbonate
sigmaaldrich, acetone density, 2019년09월28일, https://www.sigmaaldrich.com/chemistry/solvents/acetone-center.html
식품과학기술대사전, 홍차, 2019년9월29일, https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=298284&cid=48181&categoryId=48262
한국천연염색박물관, 천연염색, 2019년9월29일, http://www.naturaldyeing.or.kr/www/dye_info/natural
